Perrault is geboren en gestorven in Parijs. Naast zijn invloedrijke architectuur werd hij bekend door zijn vertaling van de tien boeken van Vitruvius, het enige overgeleverde Romeinse werk over architectuur, in het Frans, geschreven op instigatie van Colbert, en gepubliceerd, met Perrault’s aantekeningen, in 1673. Zijn verhandeling over de vijf klassieke orden van de architectuur volgde in 1683. Als arts en natuurfilosoof met een medische graad aan de Universiteit van Parijs, werd Perrault een van de eerste leden van de Franse Academie van Wetenschappen toen deze in 1666 werd opgericht.
Een commissie in opdracht van Lodewijk XIV, de Petit Conseil, bestaande uit Louis Le Vau, Charles Le Brun en Perrault, ontwierp de oostelijke gevel van het Louvre. Met het ontwerp werd begonnen in 1668 en het was bijna voltooid in 1680, toen Lodewijk XIV het Louvre had verlaten en zijn aandacht richtte op het paleis van Versailles. De vleugel achter de oostgevel werd pas voltooid in de 19e eeuw met de komst van Napoleon. Het definitieve ontwerp van de oostgevel wordt toegeschreven aan Perrault, die de laatste wijzigingen aanbracht die nodig waren om tegemoet te komen aan een besluit om de breedte van de zuidvleugel te verdubbelen.
De oostgevel, verdeeld in vijf delen, is een typische oplossing van het Franse classicisme. Het eenvoudige karakter van het souterrain op de begane grond zet de gepaarde Korinthische zuilen, strikt naar Vitruvius gemodelleerd, af tegen een beschaduwde leegte, met paviljoens aan de uiteinden. Weinig dat barok genoemd zou kunnen worden is te herkennen in het koele classicisme dat teruggrijpt op de 16e eeuw. Perrault’s deelname aan het ontwerp ervan vestigde zijn reputatie als architect.
Perrault bouwde ook een Observatorium, de kerk van St-Benoît-le-Bétourné, ontwierp een nieuwe kerk van Ste-Geneviève, en richtte een altaar op in de kerk van de Kleine Paters, allemaal in Parijs. Perrault’s ontwerp voor een triomfboog in de Rue St-Antoine kreeg de voorkeur boven concurrerende ontwerpen van Le Brun en Le Vau, maar werd slechts gedeeltelijk in steen uitgevoerd. Toen de boog in de 19e eeuw werd afgebroken, bleek dat de geniale meester een manier had bedacht om de stenen, zonder mortel, zo in elkaar te laten grijpen dat het een onverbrekelijke massa was geworden.
Daarnaast leverde hij een waardevolle bijdrage op het gebied van de akoestiek. Zijn verhandeling over geluid was een onderdeel van het boek Oeuvres diverses de Physique et de Mecanique. In zijn latere boek behandelt hij onderwerpen als geluidsdragers, geluidsbronnen en geluidsontvangers. In de muzikale akoestiek merkte hij het belang op van trillingen voor consonantie en dissonantie. Zijn studie “De la Musique des Anciens” in de Oeuvres diverses behandelde hoe combinaties van noten harmonie opleveren. Het bevat ook kritische onderzoeken van oude manuscripten over Europese muziek.
Zijn broer, Charles Perrault, wordt herinnerd als de klassieke verteller van het oude verhaal van Assepoester naast andere fabels.