Jego szczytowym osiągnięciem w dziedzinie malarstwa dekoracyjnego są monumentalne freski w rzymskim kościele Sant'Andrea della Valle (1624-28) z przedstawieniem 4 ewangelistów w pendentywach kopuły oraz scen z życia Andrzeja Apostoła w prezbiterium, odznaczające się niezwykłą plastycznością postaci, wyrazistością rysunku i umiejętnym zakomponowaniem wielkich przestrzeni.
Malował obrazy o tematyce religijnej, mitologicznej i alegorycznej oraz pejzaże. Był też znakomitym portrecistą (portrety przedstawicieli rzymskiej arystokracji i dworu papieskiego). Reprezentował nurt klasycyzujący rzymskiego malarstwa barokowego. Kontynuował tradycję Rafaela i Annibale Carracciego. Jego kompozycje figuralne odznaczają się dużą ekspresją, precyzją rysunku oraz harmonią kompozycji.
Pozostawił ok. 2000 rysunków. Duża część spuścizny rysunkowej artysty znajduje się obecnie w zbiorach królewskich w Windsorze. Zajmował się również rzeźbą i muzyką. Jego uczniami byli m.in. Gian Pietro Bellori, Giovanni Francesco Romanelli i Pietro Testa.
Często naśladowano go i kopiowano w następnych stuleciach. Szczególnie duży wpływ wywarł na malarstwo akademików w XIX w.