A festészetet előbb Rouenban, majd Párizsban tanulta, ahol 1612-24 között Ferdinand Elle és később talán Philippe Lallemant volt a mestere. Első ismert munkája egy rajzsorozat: Ovidius Átváltozások című művének illusztrációi. A megbízó egy olasz költő, G. B. Marino volt, akivel esetleg Medici Mária udvarában ismerkedett meg. Ezekben a rajzokban már megnyilvánul az a képessége, hogy a klasszikus történetek legdrámaibb mozzanatait egyszerűen és közvetlenül ragadja meg. Poussin 1624-ben, néhány hónapi velencei időzés után érkezett Rómába. Kezdetben szegénységben élt, de az 1620-as évek végén Francesco Barberini bíboros pártfogásába vette. Szabadon kísérletezett legkülönbözőbb stílusokkal és katonai, vallási és mitológiai témákkal. Sokat tanult más művészektől, valamint az antik szobrászat emlékeiből. Ennek a korszaknak legjelentősebb terméke egy sor nagyméretű vallási tárgyú festmény, amelyeknek világos, ragyogó színezése és dús, szabad festésmódja Tiziano és Veronese hatására utal. 1628-29-ben megbízást kapott egy Szent Erasmus vértanúsága  témájú oltárkép megfestésére, a San Pietro székesegyház számára; 1629-30-ban pedig a flandriai Valenciennes városának elkészítette A Madonna megjelenik idősebb Szent Jakab apostolnak című oltárképet. Ebben a két nagyméretű festményben közelebb jutott a barokk stílushoz, mint bármikor egész életművében. A Szent Jakab oltárképen drámai fény-árnyék ellentéteket alkalmazott, a kompozíciót emelkedő átlós tengelyre építette. P. első érett műve, a Germanicus halála fontosabb további fejlődése szempontjából, mint oltárképeinek barokkos látomásai vagy eksztázisai. A római történelemből merített téma tragikus és emelkedett, a színeket és a felület megmunkálását velenceies ragyogás és melegség jellemzi; az antik dombormű alapján készült kompozíció viszont egyszerű és mértéktartó. A tér nem mély, az alakok és az építészeti részek a képsíkkal párhuzamos rétegekben rendeződnek el, világosan megszerkesztve.

1629-30-ban súlyos betegségen esett át; felépülése után lemondott korábbi törekvéséről, hogy hivatalos megbízásokat nyerjen el római templomok és paloták díszítésére. Ettől fogva kisebb képeket festett, művelt műértők körének, akik pártolták az antikvitás iránti érdeklődését. 1629-33 között Poussin főként a klasszikus költészetből merítette témáit; a fő forrás Ovidius Átváltozások című műve és Tasso munkássága volt. Megfestette Diana és Endymion, Narcissus és Echo, Cephalus és Aurora ismert történetét, és több, Bacchushoz kapcsolódó témát. Ebben az időszakban Tiziano hatott rá a legerősebben. Tanulmányozta a mester nagy Bacchanáliáit, amelyek akkor a Villa Ludovisiben voltak: ezekre vezethetők vissza a képein megjelenő költői fények és színek, jellegzetes táji motívumok, a bacchusi jelképek, a nimfák, szatírok és folyamistenek. Nála azonban az istenek szerelmét melankólia és pátosz hatja át, ami Tizianótól idegen. Éteri alakjai tudatában vannak a szerelemmel járó bánatoknak és veszélyeknek, az emberi boldogság múlandóságának; a borongós félhomály és a viharos fények átható elégikus hangulatot adnak a jeleneteknek. A Narcissus és Echo  mély pátosszal jeleníti meg a saját tükörképe után hiába sóvárgó haldokló ifjút. Poussint úgy látszik különösen megragadta Ovidius virággá átváltozó hőseinek története. A Flora birodalma című képen a virágok istennője olyan hősök között lejti táncát, akik tragikus vágyaik áldozataiként virágokká változtak át. Vidámsága és nyugalma enyhíti a szerelem áldozatainak szerencsétlenségét, amiből a szépség új formái születtek. 1639-ben a következőket írta Mannaeső című képéről: "Megtaláltam a megfelelő csoportosítást és egy sor természetes magatartást, amelyekkel kifejezhető volt a zsidó népet sújtó nyomorúság és éhség, valamint az öröm és boldogság, amely elfogta az embereket, a csodálkozás, amely hirtelen úrrá lett rajtuk, és a rajongó tisztelet, amelyet törvényadójuk iránt éreztek..." A Szabin nők elrablása cselekménye egy római város gondosan rekonstruált fórumán játszódik. 1640-42 között Poussin Párizsban tartózkodott, miután végül engednie kellett Richelieu és XIII. Lajos egyre sürgetőbb meghívásainak. A munka nem felelt meg adottságainak. A Louvre nagy galériájának kifestésével bízták meg, és Richelieu számára oltárképeket és nagyméretű allegóriákat kellett készítenie. Az amúgy sem kellemes ottlétet megnehezítette a magukat fenyegetve érző francia művészek áskálódásai, így minden bizonnyal némi megkönnyebbüléssel tért vissza Rómába. Poussin klasszikus stílusának talán legtökéletesebb megtestesítője A hét szentség sorozat, amelyet Chantelou számára festett. Az egyes szentségeket Mária vagy Jézus életének valamelyik epizódja jelképezi, és P. nagy súlyt fektetett az archeológiai hűségre. Az építészeti környezet mértéktartó és komoly, a hosszú tógába öltözött súlyos figurák antik szobrok benyomását keltik. A jelenetek ünnepélyességét a csend és a nyugalom légköre fokozza; minden érzelmi kifejezés pontosan mérlegelt.

Ezekben az években az elbeszélés elevenségére, a kifejezés drámaiságára törekedett. Főként Raffaello utolsó munkáit tekintette példának; ezek hatása érezhető a Salamon ítélete megoldásában, amelyet Poussin a legtökéletesebb munkájának tartott. A szereplők szenvedélyes érzelmeit felfokozott drámaisággal jelenítette meg, és rendkívül nagy gondot fordított a mozdulatok megformálására. A kép középpontjában helyezkedik el a trónján ülő Salamon, tőle jobbra és balra az élő gyermeket magának követelő két anya. Az ítéletet a két anya széles, színpadias gesztusokkal, a szemlélők pedig megdöbbenéssel fogadják, amit erőteljesen elfordított fejük és válluk, valamint heves kézmozdulatuk fejez ki. 1648 - 51 között a Szent Család új típusát alkotta meg; ennek a fontos időszaknak kompozíciós elvei kivételes figyelmet érdemelnek. A Lépcsős Madonna, jóllehet sokat átvesz Raffaello és Andrea del Sarto megoldásaiból, új módon hangsúlyozza a kompozíció mértani szerkezetét: a figurák csoportja részlet gazdag építészeti környezetbe helyeződött. Ugyanezekben az években fordult érdeklődése a tájkép felé is. Tájfestményeiben ugyanolyan világosan és matematikailag kiszámítottan elrendezett a tér, mint figurális kompozícióiban. A természeti világot megszerkesztette és tudatosan formálta; ebben eleinte a velencei festészet hagyományaira, később Annibale Carracci és Domenichino eszményi tájaira támaszkodott. A legszigorúbb és legkidolgozottabb tájábrázolás egy kép páron jelenik meg, ezek: Phóción özvegye összegyűjti férje hamvait és Phókión temetése. Phókión sztoikus hős volt, akit igazságtalanul végeztek ki, állítólagos árulásáért. Mindkét festményen klasszikus városkép tölti ki a hátteret, és a mértanian építészeti formák határozzák meg a fák, a sziklák és a felhők elrendezését is. Minden részlet pontosan a helyén van, és a világító, éles napfény határozottan rajzolja ki a formákat. A természet világán az ember uralkodik, ő alakítja.

Élete végén, az 1650-es évek közepén stílusa ismét átalakult. A tájkép fontossága megnőtt, de a természet vadabb és bujább lett, az ember pedig eltörpül a táj végtelenségében. Visszatért a pályafutása elején oly szívesen megfestett ovidiusi témákhoz, de most kozmikus jelentésű jelképekké változtatta őket. Néhány közülük ikonográfiailag meglehetősen homályos. A Bacchus születése például azt ábrázolja, amikor Mercurius az újszülöttet átadja Dirkének, aki borostyánnal és szőlővel sűrűn benőtt barlang előtt ül, bájos nimfák körében. Poussin belehelyezte a jelenetbe a halott Narcissus sápadt alakját és a gyászoló Echót is. A festmény szembehelyezi egymással a termékenységet és a meddőséget, az életet és a halált; ez a téma erősen foglalkoztatta, főként utolsó éveiben. 1660-64 között négy képből álló sorozatot festett Az évszakok címmel, amelyeken minden időszakot történelmi esemény szimbolizál.