Recommandé par son frère Charles, il fait partie de 1667 à 1673, de la commission chargée d'élaborer les plans de la façade orientale du Palais du Louvre. Il a entrepris les modifications du projet final de la colonnade du Louvre, mise en œuvre par Louis Le Vau, entre 1667 et 1670 - sans être l'auteur de ce projet, comme on l'a longtemps supposé, dont son frère Charles revendique la paternité. Il réalise aussi des portions de la façade sud. Il dessine les plans de l’observatoire de Paris entre 1667 et 1672. Il construit l’Arc de triomphe du Trône au faubourg Saint-Antoine en 1670 à Paris (partiellement construit puis détruit en 1710) et le Pavillon de l'Aurore à Sceaux de 1672 à 1677, démoli au siècle suivant. Il travaille également à Versailles dont il dessine des antérieurs et fournit les plans de la grotte de Thétis, du bain de Diane et du Grand Canal. En 1674, il décore une chapelle à Notre-Dame-des-Victoires.Qu'en serait-il si le roi n'avait pas été influencé pour choisir Claude Perrault au lieu du Bernin qui pourtant il avait fait venir de Rome?
Théoricien, Claude Perrault est l'auteur de plusieurs traductions en français des textes de l’architecte romain Vitruve sous le titre de Dix livres d’architecture de Vitruve corrigés et traduits nouvellement en français en 1673, ainsi que d'un ouvrage, "L'ordonnance des cinq espèces de colonnes selon la méthode des Anciens" (1682), dont les prises de positions ont fait l'objet de vives contestation au sein de l'Académie royale d'architecture, notamment de la part de François Blondel, son directeur.
Querelle des Anciens et des Modernes
Dans la querelle des Anciens et des Modernes, Claude Perrault prend ainsi parti, aux côtés de son frère Charles pour les Modernes et s’oppose à l’architecte tenant des Anciens, François Blondel, ce qui lui vaut cette cruelle épigramme de Boileau :
Oui, j’ai dit dans mes vers qu’un célèbre assassin,
Laissant de Galien la science infertile,
D’ignorant médecin devint maçon habile :
Mais de parler de vous je n’eus jamais dessein,
Perrault ; ma muse est trop correcte :
Vous êtes, je l’avoue, ignorant médecin,
Mais non pas habile architecte
Perrault expose son point de vue moderne dans les notes de sa traduction de Vitruve, expliqué. François Blondel publie son Cours d’architecture enseigné à l’Académie royale d’architecture (1675), dans lequel il défend le point de vue des Anciens.
Ces différends théoriques portent sur :
L’interprétation de « symétrie »
La symétrie (symmetria en grec) a le sens de proportion. François Blondel reste fidèle à la définition grecque de la symétrie. Pour Claude Perrault, l'Ordre, l'Ordonnance et la mise en proportion des bâtiments, doit répondre à un ensemble de règles qu'il s'agit de définir, et ne résulte en aucune manière d'une beauté universelle et rationnelle en elle-même. Claude Perrault prend parti pour la symétrie prise au sens moderne de l’équilibre des masses de part et d’autre d’un axe, au détriment de la « symmetria » ou proportion qui implique le recours à un module et à une « raison de progression » pour régler la correspondance entre les parties.
Les colonnes accouplées
Claude Perrault invoque le droit de se démarquer de la tradition gréco-romaine et d’introduire ce motif d’inspiration médiévale au grand dam de François Blondel et des partisans de l’antiquité. Il ajoute ainsi cet "ordre français", supplémentaire aux cinq ordres hérités de Vitruve. Perrault a utilisé ce dispositif à la colonnade du Louvre à la fin des années 1660.
Les corrections optiques
Claude Perrault est opposé à cette pratique qui veut que l’on augmente les dimensions des objets situés en hauteur ou à distance. Il s’appuie sur ses recherches physiologiques et considère que ce n’est pas la vue qui trompe mais le jugement de la vue. Par cette prise de position, Perrault prend le contre-pied de Vitruve et des pratiques courantes de son époque.