Per Cappelen hadde egen arkitektpraksis sammen med sin kone Molle Cappelen i Oslo i nesten 30 år. Han var dessuten professor (og en tid rektor) ved Arkitekthøgskolen i Oslo.
Cappelen tok eksamen ved Statens Arkitektkurs (SAK) i Oslo 1946. Samme år giftet han seg med studiekollega Molle Heyerdahl.
Som mange av de andre nyutdannede diplomarkitektene fra SAK, tok Cappelen del i gjenreisingsarbeidet etter okkupasjonen og arbeidet ved Gjenreisningskontoret i Sør-Varanger 1946–47. Tilbake i Oslo var han assistent på Knut Knutsens kontor 1947–50, og 1950 etablerte han og Molle egen praksis.
Ved siden av arkitektgjerningen viet Cappelen mye tid til undervisning og fagpolitikk. Han arbeidet både som lærer og sensor ved landets to arkitektskoler, Norges tekniske høgskole (NTH) i Trondheim og Arkitekthøgskolen i Oslo (AHO), og ble professor ved AHO 1966. I undervisningen fikk han i vel 10 år anledning til å overføre sin holdning til norsk trehusarkitektur til en ny generasjon arkitekter og vise dem den tradisjonelle byggekunstens muligheter.
Cappelen er betegnet som en habil tegner, og han opptrådte ofte som en engasjert fagskribent i arkitektenes fagblader. Særlig var det emner fra boligbygging, byplanlegging og brukskunst som opptok ham. Han fryktet bl.a. “flukten fra byen”, var skeptisk til “superdimensjonenes inntog” og var en av dem som stadig henviste til det internasjonale miljøet som gode forbilder for norske arkitekter. Selv var han meget bereist, og listen over studieopphold og ekskursjoner er lang.
Assistentstillingen hos Knut Knutsen fikk stor betydning for Cappelens totale verk. Knutsen hadde vært lærer på SAK og hadde allerede fra slutten av 1930-årene markert seg som en nyskapende arkitekt. Da Cappelen opprettet “ektepar-praksis” sammen med Molle 1950, utviklet de den jordnære arkitekturfilosofien som Knutsen hadde implementert i den yngre arkitektgenerasjonen. Deres arbeider er preget av nasjonal identitet og stedstilpasning, samtidig som deres bidrag viser til et tidsmessig idégrunnlag for en arkitektur for det moderne mennesket.
Store oppgaver som Kristiansund rådhus og Samfunnshus med kino i Kirkenes ble rikt publisert og førte til godt renommé. 1960 vant de sammen med Sven Erik Lundby 1. premie i arkitektkonkurransen om Brumunddal kirke. Kirken, som stod ferdig 1965, er et viktig eksempel på “naustkirke”, hvor det høye saltaket er trukket helt ned til bakkenivå.
Et hovedverk i norsk etterkrigsarkitektur er Institutt for samfunnsforskning i Oslo. For denne bygningen ble kontoret tildelt den prestisjefylte Sundts premie. Teglsteinsvolumets rene form, hvor materialets karakter er et viktig aspekt av helthetsinntrykket, viser et velkomponert helhetsgrep, tilpasset urbane omgivelser. Med Notodden yrkesskole, Sauland skule og Rudolf Steiner-skolene i Bærum og Oslo har Per og Molle Cappelen også markert seg som viktige skolearkitekter.
Særlig innen småhusarkitektur har Per Cappelen (og Molle) utmerket seg med dyktige bidrag. Allerede 1950 deltok paret i konkurransen “Huset som vokser”, hvor målet var å skape økonomiske, ressursvennlige boliger for 1950-årenes boligproblemer. Denne erfaringen ble et viktig fundament da de siden bygde en rekke eneboliger og hytter, hvor treet var det viktigste materiale. Eneboligen Midtåsen 19b i Oslo er en raffinert oversettelse av modernistiske ideer til norsk byggeskikk. For dette huset ble ekteparet hedret med Treprisen 1964.
1966–70 var Cappelen formann i AHOs professorråd og i skolens høyskoleråd 1975–76. Han var styremedlem i Oslo Arkitektforening 1951–52 og viseformann 1959–60. I årene 1952–68 var han redaksjonsmedlem i Byggekunst, og 1971–75 styremedlem i A. C. Houens legat. Cappelen ble hentet inn som jurymedlem ved flere arkitektkonkurranser, var med på tildelingen av Treprisen og var komitémedlem ved nordiske møbelkonkurranser.