Friedrich Kallmorgen entwickelte seinen Malstil in besonderer Auseinandersetzung mit der französischen Malerei. Durch die Schule von Barbizon und der holländischen Malerei wurde er von einem Maler von Genreszenen zu einem hervorragenden Landschaftsmaler. Seinen Vorbildern folgend, wendete er sich realistischen Naturdarstellungen zu, die einen Gegensatz zu den klassisch-idealisierten Landschaftskompositionen darstellten. Auch bereitete er seine im Atelier entstehenden Gemälde mittels ausführlicher Skizzen vor Ort vor.  Karl Kallmorgens vorwiegendes Arbeitsgebiet stellte jedoch der Hamburger Hafen dar, dessen licht- und dunsterfüllte Lichtverhältnisse er in einer vom französischen Impressionismus geprägten Manier auf der Leinwand einfing. Er stellte außerdem wichtige dokumentarische Ansichten des Gängeviertels und des Hochbahnbaus her. Obwohl Alfred Lichtwark beim Aufbau seiner „Sammlung aus Hamburg“ in der Kunsthalle Kallmorgen ignorierte und nur Hafenbilder seines Freundes Karl Leopold von Kalckreuth erwarb, gilt Kallmorgen neben Leonhard Sandrock als der bedeutendste Schilderer des Arbeitslebens im Hamburger Hafen. Für seine Werke erhielt Karl Kallmorgen ab 1885 zahlreiche Auszeichnungen im In- und Ausland und bis in die 1920er Jahre viele Privataufträge für Stimmungsbilder des Hamburger Hafens. Aber auch der Direktor des Altonaer Museums, Otto Lehmann, bestellte 1910 sieben Gemälde mit Landschaften Schleswig-Hollsteins für den Bauernhausmodellsaal. Neben seinen Gemälden hinterließ Karl Kallmorgen ein umfangreiches druckgraphisches Werk mit über 100 Lithographien.