Perrault föddes och dog i Paris. Förutom sin inflytelserika arkitektur blev han känd för sin översättning till franska av Vitruvius’ tio böcker, det enda bevarade romerska verket om arkitektur, som skrevs på Colberts uppmaning och publicerades, med Perraults anteckningar, 1673. Hans avhandling om de fem klassiska arkitekturordningarna följde 1683. Som läkare och naturfilosof med en medicinsk examen från universitetet i Paris blev Perrault en av de första medlemmarna i den franska vetenskapsakademin när den grundades 1666.
En kommitté på uppdrag av Ludvig XIV, Petit Conseil, bestående av Louis Le Vau, Charles Le Brun och Perrault, ritade Louvrens östra fasad. Den påbörjades 1668 och var nästan färdig 1680, då Ludvig XIV hade övergivit Louvren och koncentrerat sin uppmärksamhet på Versaillespalatset. Flygeln bakom östfasaden färdigställdes inte förrän på 1800-talet i samband med Napoleons intåg. Den slutgiltiga utformningen av östfasaden tillskrivs Perrault, som gjorde de sista ändringarna som behövdes för att tillgodose ett beslut att fördubbla bredden på den södra flygeln.
Östfasaden, som är uppdelad i fem delar, är en typisk lösning för den franska klassicismen. Den enkla karaktären hos bottenvåningens källare sätter de parade korintiska kolonnerna, modellerade strikt enligt Vitruvius, mot ett skuggat tomrum, med paviljonger i ändarna. Lite som skulle kunna kallas barock kan identifieras i dess svala klassicism som ser tillbaka till 1500-talet. Perraults deltagande i dess utformning grundade hans rykte som arkitekt.
Perrault byggde också ett observatorium, kyrkan St-Benoît-le-Bétourné, ritade en ny kyrka i Ste-Geneviève och uppförde ett altare i de små fädernas kyrka, alla i Paris. Perraults ritning för en triumfbåge på Rue St-Antoine föredrogs framför konkurrerande ritningar av Le Brun och Le Vau, men utfördes endast delvis i sten. När bågen togs ner på 1800-talet fann man att den genialiske mästaren hade tänkt ut ett sätt att så pass mycket sammanfoga stenarna, utan murbruk, att de hade blivit en oskiljaktig massa.
Han gjorde dessutom ett värdefullt bidrag inom akustiken. Hans avhandling om ljud var en del av boken Oeuvres diverse de Physique et de Mecanique. I sin senare bok behandlar han ämnen som ljudmedier, ljudkällor och ljudmottagare. Inom musikalisk akustik noterade han vibrationernas betydelse för konsonans och dissonans. Hans studie ”De la Musique des Anciens” i Oeuvres diverse diskuterade hur kombinationer av toner ger harmoni. Den innehåller också kritiska undersökningar av gamla manuskript om europeisk musik.
Hans bror, Charles Perrault, är ihågkommen som den klassiska återberättaren av den gamla sagan om Askungen bland andra fabler.