Sur une scène, devant un rideau de théâtre, cinq femmes, partiellement nues, occupent la totalité du tableau. Dans ce tableau, Picasso « oublie » toutes les règles académiques : pas de sujet narratif, aucune perspective, absence de réalisme voire de naturalisme dans l'exécution des modèles.

Picasso aurait voulu s’opposer à l’idéal esthétique d'Ingres ou Matisse en présentant une œuvre provocante, choquante et délibérément inachevée. Quoi qu'il en soit, comme le soulignent divers historiens de l'art, s'y croisent les influences du Cézanne des Grandes Baigneuses et de la statuaire africaine. Les visages des Demoiselles de droite se confondent en effet avec des masques africains et évoquent des femmes atteintes de syphilis osseuse (le peintre qui avait une peur légendaire de la maladie et de la mort, ayant contracté cette MST) au stade ultime de leur déformation. Ce que Picasso a voulu originellement représenter, c'est moins la prostitution que la peur des maladies vénériennes.

Pour Carsten-Peter Warncke et Ingo F. Walther, « Les Demoiselles d’Avignon » est comme le résultat d'une recherche « en laboratoire » qui a nécessité de très nombreux essais (une centaine d'esquisses répertoriées). Picasso y manifeste une intense recherche sur la nature de la pensée et de l’acte créateur. En outre, ils y voient une interprétation mythologique, celle du Jugement de Pâris.
Henri Matisse, André Derain, Georges Braque et Guillaume Apollinaire qui découvrent le tableau, le perçoivent comme un acte de « terrorisme ». Derain dira même au collectionneur et marchand d'art Daniel-Henry Kahnweiler : « Un jour, nous apprendrons que Picasso s'est pendu derrière sa grande toile ». Le corps de ces prostituées perçu comme mutilé est à l'origine de cet effroi.
Selon les dires de Picasso, confirmés par une analyse des esquisses préparatoires, il apparait que devaient figurer, outre les cinq femmes, un marin et un étudiant en médecine tenant un crâne dans ses mains. Les cinq femmes devaient manger, d'où le panier de fruits qui est resté, mais Picasso n'a pas poursuivi dans son idée première.
Ce tableau est conservé au Museum of Modern Art à New York.