Tự tình khúc gồm 608 câu thơ song thất lục bát, được viết bằng chữ Nôm. Tác giả làm ra làm khúc ngâm này chủ ý thanh minh cho mình trước "tội lỗi" (theo quan điểm nhà Nguyễn) cầm đầu cuộc khởi nghĩa Mỹ Lương mà chú ông là Cao Bá Quát đã gây ra và xin triều đình ân xá.

Theo GS. Phạm Thế Ngũ, Tự tình khúc có thể chia làm 6 phần như sau:
1. Mở đầu (8 câu): Sau khoảng 8 năm ẩn trốn (1854-1862), tác giả giờ đây bị bắt nên làm ra khúc ngâm này để bày tỏ tâm sự của mình.
2. Giới thiệu gia thế (9-36): Tác giả họ Cao ở làng Phú Thị, đã mấy đời khoa bảng, vẫn luôn lấy sự thanh liêm và cần mẫn làm đầu.
3. Gia biến và lánh nạn (37-188): Vì tội của chú (Cao Bá Quát) mà cha tác giả phải tự sát, bản thân phải trốn ở một nơi hẻo lánh (Mỹ Đức thuộc Hà Đông cũ), làm thầy đồ, tạm quên sầu muộn v…