Ο Παλαιολόγος δημοσίευσε πολλές επιστημονικές πραγματείες πάνω στα θέματα της ειδίκευσής του, οι οποίες έμειναν κλασικές για την εποχή του καθώς η γεωπονία ήταν τότε επιστήμη άγνωστη στην Ελλάδα. Με τη λογοτεχνία ασχολείται από νεαρή ηλικία, μεταφράζοντας θεατρικά έργα, εκδίδοντας ποιήματα και συνεργαζόμενος με εφημερίδες και περιοδικά, ενώ εξέδωσε και ο ίδιος την εφημερίδα "Τριπτόλεμος" το 1833.
Τα κύρια προϊόντα του λογοτεχνικού έργου του Γρηγορίου Παλαιολόγου είναι δύο μυθιστορήματα, τα "Πολυπαθής" και "Ζωγράφος", που εκδόθηκαν για πρώτη φορά το 1839 και το 1942 αντίστοιχα.
Αν και λίγο γνωστό, όπως και ο συγγραφέας του, ο "Πολυπαθής" θεωρείται σημαντικό έργο για την νέα ελληνική λογοτεχνία, μια και πρόκειται ουσιαστικά για το πρώτο περιπετειώδες μυθιστόρημα που γράφεται στα ελληνικά, σε μια εποχή που η μικρή λογοτεχνική παραγωγή στη γλώσσα μας περιοριζόταν σε ιστορικά μυθιστορήματα ή σε ερωτικές ιστορίες.
