Budowa cyklu sonatowego w Sonacie g-moll podobna jest do budowy fortepianowej Sonaty h-moll op. 58, z wyjątkiem wyraźnie krótszej części wolnej w op. 65. Allegro sonatowe ma charakter podobny do ballady. Scherzo ma tradycyjną trzyczęściową formę (w tonacjach d-moll–D-dur–d-moll) i opiera się na prostych tematach „przypominających melodykę ludową o nieokreślonym obliczu narodowym”. Część wolna, Largo, napisana została w nietypowym metrum 3/2. Charakter finału w formie ronda nawiązuje do etiudy, preludium figuracyjnego.
Utwór różni się stylistycznie od wcześniejszych kompozycji Chopina. Cechą charakterystyczną wszystkich części jest obecność motywów (opartych na interwale sekundy), które realizują zasadę jedności cyklicznej utworu znaną z późniejszych sonat romantycznych. Jest to jedyne dzieło Chopina mające tę cechę. Pod względem harmonicznym utwór antycypuje połączenia akordowe oraz ogólny styl muzyki 2. połowy XIX wieku.