Od 1638 był związany z jansenistami z Port-Royal. W latach 40. XVII wieku rozgorzał spór między członkami tego ruchu a jezuitami. Ludwik XIV postanowił zlikwidować klasztor Port-Royal, dla którego de Champaigne malował obrazy. W 1664 malarz stanął w obronie klasztoru, po czym odsunięto go od dworu, choć nie pozbawiono tytułu malarza królewskiego.
Obrazy Philippe'a de Champaigne cechował realizm, statyczna kompozycja i zazwyczaj chłodna gama barw. Ślady po jego flamandzkim rodowodzie, takie jak bogata faktura i drobiazgowość, poddawał klasycznym rygorom. W portretach koncentrował się na pogłębionej analizie psychologicznej, jednocześnie wiernie oddając fizjonomię portretowanego. Postać przedstawiał często albo na neutralnym tle, albo na tle kotary bądź fragmentu architektury i pejzażu. Wykorzystywał także motyw obramienia okiennego, w którym umieszczał portretowaną osobę. W obrazach religijnych starał się wiernie obrazować tekst biblijny.
Portretował najważniejsze osoby ówczesnej Francji: Ludwika XIII, kardynała Richelieu, Pascala, ale także jansenistów, m.in. matkę Angelikę Arnauld, Saint-Cyran i Arnauld d'Andilly. W 1662 namalował obraz wotywny Ex-voto (Zakonnice z Port-Royal) w podzięce za uzdrowienie swojej sparaliżowanej córki, przebywającej w klasztorze.