Первым опубликованным произведением был рассказ «Муанг Джо будет жить» о подвиге советского экскаваторщика на строительстве в Бирме, вышедший в 1961 году на страницах журнала «Вокруг света». Наиболее известным циклом стала серия книг «Приключения Алисы». Работу над ней Булычёв начал ещё в 1965 году с повести «Девочка, с которой ничего не случится», а закончил лишь в 2003 году повестью «Алиса и Алисия».
Помимо исторических работ и фантастических повестей, Кир Булычёв писал и сценарии для фильмов. Среди них мультфильм «Тайна Третьей планеты» и многосерийный фильм «Гостья из будущего» по мотивам приключений Алисы, а также двухсерийный научно-фантастический фильм «Через тернии к звёздам», за который писатель получил Государственную премию СССР.
Писатель ушёл из жизни после продолжительной болезни 5 сентября 2003 года в возрасте 69 лет.
