«Катерина Измайлова» — опера подлинно трагического звучания. Ей свойственны редкий лаконизм и сила выражения. Действие насыщено событиями, в которых глубоко раскрываются характеры многочисленных действующих лиц. Музыкальные портреты поражают психологической точностью и проницательностью. В них использованы разнообразные краски — проникновенно лиричная русская мелодия и острогротескное переосмысление бытовых жанров, элементы пародии и возвышенный драматизм. Партия оркестра образует самостоятельный смысловой план, а многочисленные симфонические эпизоды и антракты дополняют и обобщают происходящее на сцене. Колоритный, первозданно терпкий музыкальный язык, непрерывность развития свидетельствуют о влиянии оперных традиций Мусоргского.
В 1-й картине I акта преобладают речитативные сцены, временами получающие рельефные мелодические очертания. Таков начальный речитатив Катерины «Ах, не спится больше» с ариозным заключением «Муравей таскает соломинку». В следующей сцене тоскливо-напевные или угрюмо-отрывистые фразы Катерины сплетаются с озлобленно-монотонными речами Бориса Тимофеевича, моментами срывающимися в скороговорку. Единственный музыкально завершенный эпизод картины — лицемерно горестный хор дворни «Зачем же ты уезжаешь, хозяин»; пародийно надрывная мелодия хора сопровождается легкомысленным вальсом в оркестре. 2-я картина распадается на два больших раздела. Первый — живая массовая сцена, где в стремительном музыкальном движении соединяются вопли Аксиньи, самоуверенно наглые речи Сергея, выкрики и хохот Задрипанного мужичка, дворника, приказчика и дворни. Второй раздел начинается с приходом Катерины Львовны; ее ария «Много вы, мужики, о себе возмечтали» звучит гордо и неторопливо. Симфонический антракт к 3-й картине лихорадочным возбуждением, нервным ритмом предвосхищает последующие эпизоды оперы. Этот ритм время от времени возвращается в оркестре на всем протяжении картины. В центре ее — ариозо Катерины «Я в окошко однажды увидела» — замечательный образец современного преломления русской лирической песни. Сцена Катерины и Сергея, вначале спокойная, пронизана непрерывно растущим внутренним напряжением; в музыкальной речи выпукло противопоставлены простосердечие Катерины и притворная обходительность Сергея.
II акт — драматическая кульминация оперы — включает две картины. 4-я открывается большим монологом Бориса Тимофеевича, в котором сменяются старческие жалобы, грубая игривость, бахвальство и вожделение. Любовной мелодии дуэта-прощания Катерины и Сергея сопутствуют возгласы взбешенного старика. В сценах порки и отравления особенно детально высвечиваются образы Бориса Тимофеевича и Катерины; у первого гнев, исступление внезапно сменяются невозмутимостью, ласковое обращение к Катерине — новым приступом гнева, животным страхом; у второй полные отчаяния призывы уступают место язвительным издевательским речам. Нервное напряжение этих сцен оттеняется небольшим хором работников за кулисами «Видно, скоро уж заря». Симфонический антракт, написанный в медленном торжественном движении пассакальи, концентрирует трагизм II акта. Одна из его музыкальных тем продолжает развиваться в 5-й картине. В начальной сцене выделяется надрывно-сентиментальное ариозо Сергея «Катерина Львовна, Катенька». Появление призрака Бориса Тимофеевича вызывает резкую вспышку драматизма. Диалог шепотом на фоне скупых настороженных звучаний оркестра предшествует приходу Зиновия Борисовича. Его сцена с Катериной построена на непрерывном нагнетают напряжения. Заключительная часть сцены сопровождается зловеще сухой маршевой темой в оркестре.
В III акте три небольшие по размеру картины, соединенные симфоническими антрактами. В 6-й, после краткой речитативной сцены Катерины и Сергея, выделяется разухабистая плясовая песня Задрипанного мужичка «У меня была кума». Большую часть 7-й картины занимает куплетная песня полицейских; запевалой выступает Квартальный, в припеве к нему присоединяется хор, аккомпанирующий в ритме плавного вальса. Эта гротескная зарисовка дополняется опереточно-пародийным заключительным хором «Скоро, скоро, скоро, скоро, чтобы не было укора». 8-я картина открывается подвижным вступлением полифонического характера; мелодия, лежащая в его основе, затем широко излагается в празднично приподнятом четырехголосном хоре «Слава супругам». Следующая сцена «Кто краше солнца в небе» (Священник и гости) воспроизводит свадебно-обрядовый обмен аллегорическими вопросами и ответами. Разрозненные заключительные фразы (пьяные гости засыпают) становятся фоном тревожного диалога Катерины и Сергея.