Los sonetos de Luis Carrillo están en el universo expresivo de la lírica culta de su época. Ello es visible en sus formas métricas y en sus recursos retóricos, y en Carrillo se ven todavía los ecos de Garcilaso de la Vega.

Sus temas son

- el amor,

- la naturaleza,

- el paso del tiempo

- y el mito encuyos ejes se vinculan las estéticas del renacimiento manierista y el barroco.

Los sonetos de Luis Carrillo se complementan con una preceptiva literaria en prosa en el Libro de la erudición poética. En él el autor define a grandes rasgos las características y las bases de la estética barroca, por lo que puede considerarse todo un manifiesto.

La producción poética de Luis Carrillo es el antecedente más inmediato del culteranismo de Góngora y del conceptismo que imperarían durante las décadas posteriores.

Dicho con palabras de Dámaso Alonso en su poesía hay «ternura, suavidad, agudeza, traviesa donosura, fuerza, gravedad sentenciosa, pompa, clásica elegancia, pasión, arrebato».

Su producción poética la publicó su hermano Alonso en Obras de don Luis Carrillo y Sotomayor, Madrid, 1611.