Perrault nació y murió en París. Aparte de su influyente arquitectura, se hizo muy conocido por su traducción al francés de los diez libros de Vitruvio, la única obra romana sobre arquitectura que se conserva, escrita a instancias de Colbert y publicada, con las anotaciones de Perrault, en 1673. Su tratado sobre los cinco órdenes clásicos de la arquitectura le siguió en 1683. Como médico y filósofo natural licenciado en medicina por la Universidad de París, Perrault se convirtió en uno de los primeros miembros de la Academia Francesa de Ciencias cuando ésta se fundó en 1666.
Un comité encargado por Luis XIV, el Petit Conseil, compuesto por Louis Le Vau, Charles Le Brun y Perrault, diseñó la fachada este del Louvre. Se inició en 1668 y estuvo a punto de concluirse en 1680, momento en el que Luis XIV abandonó el Louvre y centró su atención en el Palacio de Versalles. El ala posterior a la fachada este no se terminó hasta el siglo XIX, con la llegada de Napoleón. El diseño definitivo de la fachada este se atribuye a Perrault, que realizó las últimas modificaciones necesarias para dar cabida a la decisión de duplicar la anchura del ala sur.
La fachada este, dividida en cinco partes, es una solución típica del clasicismo francés. El carácter sencillo del sótano de la planta baja hace resaltar las columnas corintias pareadas, modeladas estrictamente según Vitruvio, frente a un vacío sombreado, con pabellones en los extremos. Poco de lo que podría llamarse barroco puede identificarse en su frío clasicismo que mira hacia el siglo XVI. La participación de Perrault en su diseño estableció su reputación como arquitecto.
Perrault también construyó un Observatorio, la iglesia de St-Benoît-le-Bétourné, diseñó una nueva iglesia de Ste-Geneviève, y erigió un altar en la Iglesia de los Pequeños Padres, todo en París. El diseño de Perrault para un arco de triunfo en la calle St-Antoine fue preferido a los diseños competidores de Le Brun y Le Vau, pero sólo se ejecutó parcialmente en piedra. Cuando se desmontó el arco en el siglo XIX, se descubrió que el ingenioso maestro había ideado un medio para entrelazar las piedras, sin mortero, de manera que se había convertido en una masa inseparable.
Además, hizo una valiosa contribución en materia de acústica. Su tratado sobre el sonido formó parte del libro Oeuvres diverses de Physique et de Mecanique. En su último libro, trata temas como los medios sonoros, las fuentes de sonido y los receptores de sonido. En cuanto a la acústica musical, señaló la importancia de la vibración en la consonancia y la disonancia. Su estudio «De la Musique des Anciens», en las Oeuvres diverses, analiza cómo las combinaciones de notas producen armonía. También contiene exámenes críticos de antiguos manuscritos sobre la música europea.
Su hermano, Charles Perrault, es recordado como el clásico retratista del viejo cuento de la Cenicienta entre otras fábulas.