Las obras de Federico Heinlein generalmente tardaron en ver la luz pública una vez concluida su creación. Si bien algunas de sus obras habían sido estrenadas mientras estudiaba en Argentina y Alemania, el estreno que se reconoce como el inicio de la vida pública de Heinlein como compositor en Chile fue el de Dos Canciones Sobre Motivos Populares, "Vida mía" y "Balada matinal", creadas en 1946 y estrenadas en mayo de 1950. En esa ocasión cantó Evelyn Ramos y él mismo la acompañó en el piano en el Aula Magna de la Universidad Federico Santa María de Valparaíso. Inicialmente en esta serie existía una tercera canción, "Quietud", con poesía de la escritora uruguaya Juana de Ibarbourou. Sin embargo, esta no fue estrenada sino hasta el 18 de octubre de 1996 por la cantante Carmen Luisa Letelier y la pianista Elvira Savi en la sala Isidora Zegers de la Universidad de Chile.

Meciendo y Dame la mano, canciones inspiradas en textos de Gabriela Mistral, fueron estrenadas por la cantante Mary Ann Fones y el mismo Heinlein en piano en el Club de la Unión de Santiago de Chile, en octubre de 1957. Su popular obra Nocturno, terminada en marzo de 1974, fue estrenada por Mary Ann Fones y Elvira Savi en el Salón Municipal de Rancagua en 1980.

Por su parte, la obra para piano Divertimento, que tiene tres partes, "Sonatina", "Pastoral" y "Capricho", si bien fue terminada en 1945, se estrenó recién el 12 de diciembre de 1963 por la pianista Elvira Savi en la Biblioteca Nacional, con casi veinte años de espera.

Suerte similar tuvieron sus Tres Canciones Españolas, inspiradas en poemas de los hermanos Antonio y Manuel Machado, creadas en 1945. "Los olivos grises", "La plaza tiene una torre", con texto Antonio Machado, y "La lluvia", fueron estrenadas por Clara Oyuela y Federico Heinlein en el Teatro Municipal de Santiago en noviembre de 1954, durante el IV Festival de Música Chilena, nueve años después de su creación.

La obra para piano solo Despedida de Invierno, compuesta en 1939, fue estrenada recién en 1979, cuarenta años después. También resulta interesante el caso de su canción Al anochecer, que estuvo guardada por 18 años en un cajón, para estrenarse en 1996.

En 1980 Heinlein, en el marco del Congreso Eucarístico, escribió la Cantata del Pan y la Sangre, con texto de Miguel Arteche, obra que fue estrenada al año siguiente en el Instituto Goethe. El año de ese estreno escribió también la obra coral Deseos, con texto de Mario Baeza.

En 1983 se estrenaron sus Tres poesías de Juan Guzmán Cruchaga y, al año siguiente, la primera parte (A) de Antipoeta y Mago, inspirada en textos de Vicente Huidobro. En los años noventa, compuso para el ensamble Bartok la obra Queridas aguas, para conjunto de cámara, que fue estrenada por ese ensamble en el Instituto Cultural de las Condes el 15 de noviembre de 1993.

Imaginaciones o "apuntes musicales en homenaje a Schumann, Bartok, una tonada Gershwin y un felino" fue estrenada por Jacques Ammon y Elizabeth Rosenfeld en la Sala América de la Biblioteca Nacional el 1 de junio de 1987.

Estrella solitaria fue estrenada mundialmente en el Encuentro de Música Contemporánea Chilena realizado en octubre de 1985 en el Instituto Goethe, organizado por la Agrupación Anacrusa, por los siguientes músicos: Cecilia López (violín), Clara Jury (cello), Pedro Sierra (fagot), Francisco Gouet (clarinete) y Guillermo Milla (oboe).

Una obra de 1985 que no se estrenó sino hasta el año 2000, "Parriana", incluyó un fragmento de una carta escrita por Violeta Parra, para canto y guitarra, y llevó también textos de Nicanor Parra en "Clara Sandoval", para voz y media guitarra. Esta obra es reflejo de la afición que Heinlein desarrolló, ya en los años ochenta, por incursionar en la música popular.

Otra obra desconocida de su catálogo es Las Alabanzas, que fue seleccionada en el concurso de composición para conmemorar el 90 Aniversario de la Universidad Católica, en 1978 (cf. Merino, Luis. "Catálogo revisado y actualizado de la obra musical de Federico Heinlein". Revista Musical Chilena, volumen 41, número 168, p. 15-29).