Technika Portret papieża Innocentego X jest jednym z najlepszych przykładów hiszpańskiej tradycji portretu, w której fizjonomia portretowanych podlegała ścisłemu rygorowi. Velázquez skupił się na twarzy postaci oddając ją w możliwie najwierniejszy i obiektywny sposób, bez upiększeń. Czoło i brwi papieża są zmarszczone, a twarz wyraża napięcie, co nadaje mu niemal agresywny wyraz. Niegładka twarz i przerzedzona broda świadczą o jego zaawansowanym wieku. Jednocześnie malarzowi udało się uchwycić cechy osobowości przedstawionego papieża.
Oryginalna jest zdecydowana dominacja różnych odcieni czerwieni obecnych na większej powierzchni portretu i przełamanych jedynie bielą komży. Czerwona jest zasłona w tle, obicie fotela i szaty papieża (mucet i camauro). Również jego cera ma czerwonawy odcień. Poszczególne pociągnięcia pędzlem składające się na twarz postaci są prawie niemożliwe do rozróżnienia.
Kompozycja wywodzi się od oficjalnych papieskich portretów Rafaela Santi (m.in. Portret Juliusza II) przedstawiających postać siedzącą na