Versailles war zweifellos das letzte große Werk dieses berühmten Architekten aus der Mitte des 17. Jahrhunderts. Nach den großen königlichen Vergnügungen von 1668 beauftragte Ludwig XIV. Le Vau, der seit 1654 Erster Architekt des Königs war, mit dem Ausbau des von seinem Vater Ludwig XIII. errichteten Ziegel- und Steinpalastes. Auf der Stadtseite baute Le Vau symmetrische Flügel rund um den Vorhof im gleichen Stil wie die Stallungen und die Bedienstetenflügel, wählte aber weißen Stein, um den ursprünglichen Palast auf der Gartenseite zu verkleiden. Zur Unterscheidung vom „Alten Palast“, der unter Ludwig XIII. errichtet worden war, wurde das Bauwerk als „Umschlag“ oder „Neuer Palast“ bezeichnet. Auf der Hofseite folgte der Palast der französischen Ästhetik von Schieferdächern, aber für den Neubau zog Le Vau Dächer im italienischen Stil vor, die hinter einer mit Trophäen und Töpfen geschmückten Balustrade verborgen waren. Dieser Stil wurde von seinem Nachfolger Hardouin-Mansart kopiert und an den Flügeln wiederholt.

Le Vau baute auch die erste Orangerie in Versailles und die Menagerie im Park. Er begann mit dem Bau der Botschaftertreppe und der Dekoration der königlichen Gemächer, die jedoch von François d’Orbay (1634-1697), seinem wichtigsten Mitarbeiter und kurzzeitigen Nachfolger, vor der Ankunft von Hardouin-Mansart im Jahr 1675 fertiggestellt wurden.

Als Mann des Geldes und der Macht machte sich Le Vau einen Namen mit dem Bau einer Reihe von privaten Villen in Paris für reiche Parlamentarier (Lambert, Tambonneau, Hesselin) sowie von Schlössern.

Vor Versailles hatte Le Vau für Ludwig XIV. in Vincennes (Pavillon des Königs und der Königin) sowie im Louvre und in den Tuilerien gearbeitet. Gegenüber dem Louvre baute er auf Wunsch von Kardinal Mazarin das Collège des Quatre Nations (heute Institut de France). Hier, wie auch in Versailles, verwendete der Architekt italienische Dekoration und Design mit einer klassizistischen Ästhetik und einem Hauch von Barock, die für die Mitte des 17. Jahrhunderts charakteristisch waren.

Die Herrschaft von Ludwig XIV