Mortensens stilistiske utvikling spenner fra klar neo-klassisk påvirkning i sine tidligste verker, via tolvtoneteknikk, som opptok ham sterkt på slutten av 1950-tallet, til en utvidet seriell komposisjonsmåte som har fått betegnelsen "nyserialisme". Verklisten omfatter en rekke betydelige solostykker og kammermusikk, men kanskje først og fremst orkesterverker som er blitt stående som hovedverker i nyere norske musikkhistorie: Symfoni, op. 5, Evolution, op. 23, Fantasi for klaver og orkester, op. 27, Per Orchestra, op. 30. Mortensen og Øistein Sommerfeldt hadde sin første offentlige komposisjonsaften den 26. april 1954, i Universitetets Aula med Mortensens Strykertrio, som tidligere kun hadde vært fremført på NRK radio 1951 og i Oslo domkirke 1952; Alf Andersens bestilte «Sonate» for fløyte ble uroppført, samt en «Blåsekvintett». Han deltok dessuten på de berømte sommerkursene i Darmstadt og i Karlheinz Stockhausensmesterklasser ved Studio für Elektronische Musik i Köln.
Fra 1970 var Mortensen ansatt ved Musikkonservatoriet i Oslo, der han ble landets første professor i komposisjon (1973). Han etterfulgte dessuten Pauline Hall som leder av Ny Musikk (1961-1964, 1966-1967), en viktig forening for å fremme samtidsmusikken. Mortensen var senere direktør for Rikskonsertene, samt musikkritiker i Dagbladet.
Mortensens verker fremføres fremdeles, bl.a. av Oslo Filharmoniske Orkester på Ultimafestivalen i 2004.
Konsert for Klaver og Orkester (1963) var inspirert av frijazz-pianisten Cecil Taylors opptreden på Metropol Jazz Club i Oslo (1962), og ble tilegnet og urfremført av Kjell Bækkelund, i anledning dennes 25-årsjubileum som utøver.
Mortensen ble viden kjent for sine spontankomposisjoner foran Oslo rådhus.
Hans siste forelesninger ble avholdt på utestedet «Pilsen» (også Oslo).
Einar Henning Smebye, Beethoven, Liszt, Schönberg, Mortensen - Expressionism Anticipated And (1987)
Symphony No. 1 / Wind Quintet / Suite For Wind (1988)
Paul Hindemith, Arnold Schönberg, Finn Mortensen, Frantisek Veselka, Kirsten Landmark Mæland, Milena Dratvová, Sonata In E (1935) / Fantasy For Violin With Piano Accompaniment, Op. 47 / Duo Per Soprano E Violino (1958) / Sonata For Violin And Piano, Op. 17 / Three Pieces For Violin And Piano, Op. 21 (1990)
Fantasy For Piano And Orchestra / Per Orchestra / Fantasy And Fugue For Piano / Concerto For Piano And Orchestra / From Five Studies For Solo 2000