Claude Perrault nació en París en el seno de una familia burguesa. Hijo del parlamentario Pierre Perrault y hermano mayor del escritor de cuentos infantiles Charles Perrault, Claude realizó sus primeros estudios en Beauvois y se licenció en medicina en 1639 en la Universidad de París. Pronto comenzó a ejercer como médico y lideró un grupo de anatomistas parisinos que se dedicaba a hacer disecciones de animales. En 1666 entró a formar parte de la Academia de Ciencias de París. 

Su trabajo naturalista más importante es Memoires pour servir à l'histoire naturelle des animaux,  publicado en dos volúmenes por la Imprenta Real en París en 1671 y 1676. En él se describen anatómicamente varias especies de animales procedentes de sus propias disecciones. Estas rigurosas descripciones se acompañan de láminas a plena página con grabados al cobre magníficamente ejecutados por Sébastien Leclerc y Abraham Bosse, en los cuales se entienden los órganos como piezas cuyo engranaje explicaría las funciones vitales. En la parte inferior de cada uno de estos grabados se figura el animal con vida en su hábitat natural, mientras que en la parte superior, sobre un trampantojo, se figuran esqueletos, disecciones y órganos internos ampliados de dicho animal. Por primera vez las formas externas e internas se complementan en una sola representación. En lo que al diseño científico se refiere, a partir del siglo XVIII solo la imagen superior permanecerá. Algunas de estas ilustraciones serán copiadas una década después por Gerardus Blasius en Ámsterdam. 

Perrault publicó además varios libros sobre medicina, física y arquitectura, así como una nueva traducción de De architectura libri decem de Vitrubio, escrito hacia 1674, que constituye una versión abreviada de la obra del tratadista romano que influiría enormemente en los tratados y teorías de los siglos siguientes.

Después de ejercer la medicina durante más de 20 años, y alentado por la traducción de los textos de Vitrubio, Perrault proyectó como arquitecto el observatorio astronómico del Faubourg Saint-Jacques en 1667, complemento de la Academia de Ciencias, y entre 1673 y 1677 construirá para Colbert el castillo de Sceaux. Sin embargo, su proyecto más conocido será la columnata de la fachada oriental del Louvre en París, considerada una obra maestra del estilo Luis XIV.

Claude Perrault murió de una infección provocada durante una disección de un camello en el Jardín Botánico de París, el 9 de octubre de 1688.