Клод Перро родился в зажиточной семье парижского адвоката Пьера Перро. У Клода было четыре брата, все были очень талантливы, трудолюбивы и впоследствии занимали видные должности. Самым известным из них был младший брат — Шарль Перро, который стал писателем, сказочником и искусствоведом.
Клод (как и Шарль) окончил престижный Коллеж де Бове, отец хотел, чтобы сын стал врачом и в 1634 году Карл поступил в Парижский университет, где изучал медицину, анатомию и математику. В 1641 году получил степень магистра (доктора медицины). Достиг успехов в биологии, в анатомии, преподавал в университете анатомию и физиологию, стал одним из первых членов Французской академии наук.
Занимался также изобретением военных машин и прочих механизмов.
Во второй половине 1660-х Людовик XIV решил перестроить Лувр. Клод Перро, по протекции брата Шарля Перро (который был в то время секретарём Кольбера) вошёл в комиссию по проектированию восточного фасада Луврского дворца. Вероятно, Перро занимался инженерно-техническими сооружениями а также оформил сам восточный фасад, замкнувший «Квадратный двор» Лувра, фасад получил его имя: «Колоннада Клода Перро». Постройка стала шедевром французской архитектуры XVII века – Клод изобрёл уникальную технику каменной кладки, играл с тончайшей каменной резьбой.
Среди других построек Перро – Парижская обсерватория Академии наук (1667–72), триумфальная арка дю-Трон (снесена до завершения строительства в 1710); также работал в замке Со, принадлежавшем Кольберу и в Версале, создал другие проекты.
В комментариях к своему переводу трактата Витрувия (1673) и в труде «О порядке пяти видов колонн в соответствии с методом древних» (1683) выделил актуальные для современной эпохи принципы античной архитектуры.
Умер в Париже 9 октября 1688 года от инфекции, полученной во время вскрытия верблюда.
