Perrault blev født og døde i Paris. Ud over sin indflydelsesrige arkitektur blev han kendt for sin oversættelse af Vitruvius’ ti bøger, det eneste bevarede romerske værk om arkitektur, til fransk, skrevet på opfordring af Colbert og udgivet med Perraults kommentarer i 1673. Hans afhandling om de fem klassiske arkitekturordener fulgte i 1683. Som læge og naturfilosof med en medicinsk embedseksamen fra universitetet i Paris blev Perrault et af de første medlemmer af det franske videnskabsakademi, da det blev grundlagt i 1666.
En komité bestilt af Ludvig XIV, Petit Conseil, bestående af Louis Le Vau, Charles Le Brun og Perrault, tegnede Louvre’s østfacade. Den blev påbegyndt i 1668 og var næsten færdig i 1680, da Ludvig XIV havde opgivet Louvre og koncentreret sin opmærksomhed om Versailles-paladset. Fløjen bag østfacaden blev først færdiggjort i det 19. århundrede med Napoleons indtog i det 19. århundrede. Det endelige design af østfacaden tilskrives Perrault, som foretog de sidste ændringer, der var nødvendige for at imødekomme en beslutning om at fordoble sydfløjens bredde.
Østfacaden, der er opdelt i fem dele, er en typisk løsning for den franske klassicisme. Den enkle karakter af kælderen i stueetagen sætter de parvise korintiske søjler, der er modelleret strengt efter Vitruvius, i relief mod et skyggefuldt tomrum med pavilloner i enderne. Der er ikke meget, der kan kaldes barok, der kan identificeres i den kølige klassicisme, der ser tilbage til det 16. århundrede. Perraults deltagelse i dens udformning etablerede hans ry som arkitekt.
Perrault byggede også et observatorium, kirken St-Benoît-le-Bétourné, tegnede en ny kirke i Ste-Geneviève og rejste et alter i de små fædres kirke, alle i Paris. Perraults design til en triumfbue på Rue St-Antoine blev foretrukket frem for konkurrerende designs af Le Brun og Le Vau, men blev kun delvist udført i sten. Da buen blev nedtaget i det 19. århundrede, viste det sig, at den geniale mester havde fundet på en måde at sammenføje stenene uden mørtel, så de var blevet en uadskillelig masse.
Dertil kommer, at han ydede et værdifuldt bidrag inden for akustik. Hans afhandling om lyd var en del af bogen Oeuvres diverses de Physique et de Mecanique. I sin senere bog behandler han emner som lydmedier, lydkilder og lydmodtagere. Inden for musikalsk akustik bemærkede han vibrationers betydning for konsonans og dissonans. Hans undersøgelse “De la Musique des Anciens” i Oeuvres diverses behandlede, hvordan kombinationer af toner giver harmoni. Den indeholder også kritiske undersøgelser af gamle manuskripter om europæisk musik.
Hans bror, Charles Perrault, er husket som den klassiske genfortæller af den gamle historie om Askepot blandt andre fabler.