آثار برجسته کامران دیبا در ایران و تهران پرشمار نیستند، اما حضوری بارز و چشمگیر داشته و دارند. وی همزمان با مدرنیزاسیون ایران در دوران پهلوی در یک دوره کوتاه ۱۰ ساله طراح و معمار مجموعه‌های مسکونی و عمومی مهمی بوده است.
از جمله: فرهنگسرا و پارک شفق تهران، موزه هنرهای معاصر تهران، فرهنگسرای نیاوران و پروژه ی نیمه تمام شهرجدید شوشتر.
پارک شفق
نخستین اثر برجسته کامران دیبا معماری پارک شفق در محله یوسف‌آباد تهران و نخستین فرهنگسرای ایران می باشد که مجموعه‌ای با امکان انجام چند فعالیت فرهنگی، در کنار یکدیگر است. طراحی مسیرهای این پارک به گونه‌ای است که ادامه مسیرهای پیاده‌رو از کوچه‌های اطراف آن است؛ بنابراین، افراد پیاده در هنگام تردد، از میان آن عبور می‌کنند. گودی که امروزه در آن وسایل بازی کودکان است، تا پیش از ساخت بوستان، گودال دفع زباله بوده‌است.
موزه هنرهای معاصر تهران
موزه هنرهای معاصر تهران در ضلع باختری بوستان لاله تهران قرار دارد. بخشی از هزینه ساخت ساختمان و خرید آثار بین‌المللی این موزه، مستقیماً از سوی شرکت ملی نفت ایران تأمین شده‌است. ابعاد این موزه (با مساحت تقریبی ۲۰۰۰ مترمربع) برای جمع‌آوری آثار هنری در ایران، طراحی شده‌است. معماری این بنا، بازتاب ایده‌های روشنفکری و هنری آن دوران، یعنی تلاش برای ایجاد دوستی میان سنت و نوگرایی و همچنین معماری ایرانی و غربی است. سقف‌های نیم هلالی موزه یادآور بادگیرهای سنتی ایران است. وی مؤسس و نخستین مدیر موزه بود. کریم امامی، مهدی کوثر و داریوش مهرجویی اعضای هیئت مدیره موزه هنرهای معاصر تهران بودند.
گالری‌های این مجموعه، گرد محور یک فضای مرکزی مانند موزه گوگنهایم نیویورک بر روی یکدیگر قرار گرفته‌اند. حوض آب طولانی کنار گالری، اشاره به وجود حوض آب در خانه‌های ایرانی دارد. همچنین این حوض بی آنکه مانع دیداری ایجاد کند، مانع از ورود افراد به ساختمان می‌شود. حوض روغن وسط گالری (ساخت هنرمند نوریوکی هاراگوچی) نیز نشانی از حوض آب در وسط خانه‌های ایرانی است. مجموعه آثار موجود در این گالری، یکی از نفیس‌ترین مجموعه‌های هنری هنر نوگرا و هنر معاصر جهان در خارج از اروپا و آمریکای شمالی است.
فرهنگسرای نیاوران
ساخت فرهنگسرای نیاوران همزمان با ساخت موزه هنرهای معاصر تهران انجام شد. این دو اثر، فرم و کاربر زیادی با یکدیگر دارند. پس از انقلاب ۱۳۵۷ ایران، بدون موافقت کامران دیبا، تغییراتی در ساختمان این فرهنگسرا ایجاد شد. این بنا از لحاظ اقلیم در موقعیت معتدل کوهستانی است و به علت وجود بادهای شمالی، معماری فرهنگسرا به صورت شرق و غرب طراحی شده‌است. نورگیری این بنا از چهار طرف صورت می‌گیرد.ساختمان این بنا با بتن مسلح اجرا شده‌است و سردر ورودی آن به صورت متقارن ایجاد شده و برگرفته از ساختار هشتی در معماری سنتی می باشد. حیاط مرکزی، رواق ساختمان و نورگیر منحنی دار یکی دیگر از نمودهای سنتی است که در این بنا استفاده شده‌است، این قسمت دارای آب‌نما و باغچه است و درهای اصلی ساختمان به آن باز می‌شود.
مسجد موزه فرش ایران
مسجد موزه فرش ایران یکی از شاخص‌ترین نمونه‌های مینیمالیسم و پیوند میان سنت و نوگرایی است.
مسجد دانشگاه جندی‌شاپور
طراحی مسجد دانشگاه جندی‌شاپور (که پس از انقلاب نام آن به «دانشگاه شهید چمران اهواز» تغییر یافت) نیز به عهده کامران دیبا بوده‌است.
شهر جدید شوشتر
پروژه نیمه‌تمام شهر جدید شوشتر (۱۳۵۳–۱۳۵۹) در نزدیکی شهر قدیمی شوشتر در استان خوزستان که وی معمار و برنامه‌ریز آن بود بیش‌ترین موفقیت خود را مرهون الگوهای ساختاری و گونه‌های ساختمانی سنتی-اسلامی است که دیبا مورد استفاده قرار داده‌است. وی این شیوه را جایگزین طراحی بر اساس الگوهای غربی (که مورد حمایت افراد با نفوذ و سردمداران بود) نمود. این شهر با تراکم افقی و ظرفیت جمعیتی بیش بر ۳۰٬۰۰۰ نفر برای طبقه کارگر در راستای یک شاهراه اصلی ارتباطی طراحی شد. چهارراه‌ها، میدان‌های عمومی و محله‌های کوچک در اطراف آن شکل می‌گرفتند و وجود باغ‌ها و بازارها زندگی اجتماعی را تقویت می‌کرد.
به خاطر بهره‌گیری از معماری اسلامی، در سال ۱۳۶۵ جایزه معماری آقاخان به کامران دیبا تعلق گرفت. دیبا یک روز پس از ثبت شدن شوشتر نو در میراث فرهنگی ایران ، در یک مصاحبه زنده به ابعاد مختلف طراحی پروژه و پاسخ به انتقادات مختلف در این خصوص پرداخت . او به دلیل وجود کوچه ها و معابر تنگ در طراحی این پروژه و همچنین عدم ورود خودرو در لایه های درونی شهر را پاسخ گفت.