«Պատմություն Հայոց» աշխատությունը բաղկացած է 3 գրքից: Առաջինում հեղինակն անդրադարձել է հայ ժողովրդի ծննդաբանությանը, մանրամասնորեն քննության առել հայոց անվանադիր նախնի Հայկ Նահապետի ու նրա սերունդների (Արամ, Արամանյակ, Արա և ուրիշներ) գործունեությունը: Երկրորդը նվիրված է Արշակունյաց արքայատոհմի պատմությանը և ավարտվում է Հայաստանում քրիստոնեությունը պետական կրոն հռչակելու իրադարձությունների նկարագրությամբ: Երրորդում շարադրված է Տրդատ Գ Մեծի հաջորդների, Պարսկաստանի ու Հռոմի միջև Հայաստանի առաջին բաժանման (387թ.), Արշակունյաց թագավորության անկման (428թ.) պատմությունը:
Խորենացին օգտագործել է օտար ու հայկական (այդ թվում՝ նախամաշտոցյան) մատենագրական, վավերագրական, բանավոր, նյութական և այլ սկբնաղբյուրներ: Մատենագրական օտար սկզբնաղբյուրներից հիշատակվում են Աստվածաշունչը, Հոմերոսի, Հերոդոտոսի, Մանեթոնի, Հովսեպոս Փլավիոսի, Եվսեբիոս Կեսարացու և ուրիշների երկեր: Նախամաշտոցյան սկբնաղբյուներից են Մար Աբաս Կատինայի (մ. թ. ա. II դար) մատյանը, «Մեհենական պատմությունները», ինչպես նաև «Հյուսումն պիտոյից»: Մաշտոցատառ մատենագրական աղբյուրները Կորյունի, Ագաթանգեղոսի, Փավստոս Բուզանդի երկերն են, վավերագրականները՝ Գահնամակը (Հայոց արքունիքում իշխանների կամ նախարարների տեղերի, գահերի կամ պատվաստիճանների ցուցակը) և Հայաստանում հայտնաբերված այլալեզու վիմագրությունները: Բանավոր աղբյուրները ժողովրդական երգիչներից՝ գուսաններից գրառած հայ բանահյուսության նմուշներ են՝ վիպասանների ու թվելյաց երգեր, զրույցներ (օրինակ՝ «Վահագնի ծնունդը», «Արտաշես և Սաթենիկ», «Տիգրան և Աժդահակ»), պատմաավանդական ստեղծագործությունները, նախարարական տոհմերի ծագման շուրջ հյուսված ասքեր և այլն:
​«Պատմություն Հայոց»-ն իր կուռ կառուցվածքով, հստակ ու ճշգրիտ ժամանակագրությամբ և պատմության պարբերականացման սկզբունքով դարձել է անփոխարինելի ազգային արժեք, համաշխարհային պատմագիտական մտքի նշանավոր կոթողներից: «Պատմություն Հայոց»-ն օրինակ ու չափանիշ է եղել միջնադարյան հայ պատմագիրների համար, բազմիցս ընդօրինակվել է և մինչև XIX դարի կեսերը հայկական դպրոցներում եղել է հայ ժողովրդի պատմության անփոխարինելի դասագիրք: