施念海先生在輔仁大學求學期間，得到顧頡剛的指導，開始致力於演化地理學的研究。1937年以顧頡剛的署名出版了《中國疆域演變史》。此後，人們努力突破演化地理學的傳統研究範疇，將其轉化為現代學科意義上的歷史地理學。20世紀50年代，《中國歷史地理學大綱》的編寫，標誌著中國歷史地理學學科體系的基本建立。他的著作涵蓋了中國歷史地理學的各個分支，包括地方誌、地名學、古都學、地理史、古籍整理等，取得了很大的成就。其中，對黃土高原自然環境變化及其影響的研究最為引人關註。
施念海先生強調不斷拓展研究領域，大力提倡歷史文獻與實地考察相結合的研究方法，主張從實際問題切入研究課題，所研究的問題要有利於解決社會實際問題。
除此之外，他的著作主要有《中國運河》、《中國歷史人口地理與經濟地理》、《中國古都與文化》、《唐代歷史地理》、《黃河流域河流演變與治理》、《方誌芻議》、《黃土高原森林草原變遷》等。
中國歷史地理學是20世紀50年代以後在傳統演化地理學的基礎上逐步建立和發展起來的壹門學科。作為中國當代歷史地理學的主要奠基人之壹，史念海先生的論文收錄在《河山集》中，反映了中國歷史地理學各個分支學科的建立和發展。