Romera escribió numerosos libros de ensayos sobre arte universal, en los cuales relaciona diversos antecedentes, fruto de una exhaustiva pesquisa bibliográfica. Dentro de su fecunda labor como investigador destacan los títulos: 2 Ensayos de Arte, Razón y poesía de la pintura, Pedro Pablo Rubens, El claro espejo de "Las Meninas" y Rembrandt.

El volumen 2 Ensayos de Arte, incluye los trabajos "El Greco y su actualidad" y "Los 5 sentidos de la pintura". El primer ensayo es una vehemente revindicación del pintor español dentro de la historia de la pintura. Tras un acucioso análisis estético, Romera formula aseveraciones provocadoras, como reconocer en el Greco al precursor del Constructivismo, anteponiéndolo a Cézanne como precursor de la pintura contemporánea. En el segundo ensayo, el autor estudia diversos períodos y estilos plásticos desde la perspectiva del espectador, a través de sus percepciones y sensaciones.

Razón y poesía de la pintura es un extenso ensayo, influido fuertemente por el trabajo del filósofo y ensayista español José Ortega y Gasset, en el cual Romera expone su acercamiento crítico a la pintura, en un zigzagueante recorrido a través de artistas, escuelas y movimientos de la historia del arte universal. En este recorrido establece relaciones entre obras, reconociendo los aportes específicos de cada artista y la relación de ellos con su contexto. En pequeños apartados trata asuntos puntuales como el tema del uso del color en las obras, el empleo de la perspectiva y sus implicancias conceptuales, entre otros.

El aporte de Romera a la investigación y la producción textual sobre el arte chileno cristaliza en su Historia de la pintura chilena, investigación publicada en 1951 y reeditada sucesivamemte en 1960, 1968 y 1976. Otro ensayo sobre arte chileno es Art in Latin America today: Chile, escrito en inglés y publicado en Washington. Son destacables las monografías relativas a Alberto Orrego Luco, Camilo Mori, Herrera Guevara y Carlos Hermosilla, así como los artículos: "Exposición del Grupo Rectángulo", "Pintura Chilena, 1945-1964" y "Supuesta Peligrosidad del arte", todos ellos publicados originalmente en El Mercurio.

Uno de los criterios preponderantes que Romera utiliza en su discurso crítico es el de la comparación con el quehacer artístico europeo, como una manera de inscribir la obra de los artistas locales dentro de un contexto plástico global y de ponderar su eventual contemporaneidad o anacronismo.

Antonio Romera también cultivó la docencia: dictó cursos de Estética en la Universidad de Chile y en la Universidad de Concepción. En 1952 recibió el Premio Atenea otorgado por esta última casa de estudios.