Hijo de un modesto pintor, su juventud estuvo marcada por una especie de leyenda: visitó muy joven Constantinopla y, al parecer, Londres, estancias durante las cuales se dedicó al retrato. En 1612 viajó a Venecia, y se estableció en Roma dos años después. Allí se interesó por el fenómeno caravaggista y se relacionó con artistas del círculo emiliano, especialmente con Giovanni Lanfranco; adquirió un considerable prestigio y fue protegido por alguno de los más importantes mecenas del momento, como el cardenal Barberini, Cosimo del Pozzo y Marino. Viajó por Italia, realizando pinturas en Génova (1920), Módena y Bolonia (1621). En 1624 fue elegido príncipe de la Academia de San Marcos, abandonando el tenebrismo para adoptar una personal interpretación del neovenecianismo análogo, en ciertos aspectos, al estilo de Nicolas Poussin.

En 1627 retornó a Francia, donde se convirtió en el artista más influyente de la corte, especialmente como decorador y como maestro de la generación de artistas que florecieron en la corte de Luis XIV, como Charles Le Brun y Pierre Mignard. Intervino en la creación de la Academia francesa en 1648 y falleció al año siguiente. Su aportación fue fundamental para la creación del grand style francés, mezcla de pleno Barroco y Clasicismo, al que insufló gran elegancia. Sus composiciones, muy divulgadas por estampas, fueron muy copiadas a lo largo de los siglos XVII y XVIII.