A lo largo de su carrera ha construido más de 50 proyectos en todo el mundo, caracterizados por sus marcadas líneas geométricas y la eficiencia funcional; sobre todo el uso de llamativas soluciones estructurales, como en la Torre Banco de China o en el Morton H. Meyerson Symphony Center, ambos edificados durante 1989.

En 1983, tras una viaje del ex presidente francés Francois Mitterrand a la ciudad de Washington, en donde tuvo oportunidad de apreciar su trabajo en la National Gallery (1978), asignó a Pei el proyecto de remodelación del museo de Louvre, el cual sería su primer trabajo en el extranjero, y su trabajo más controversial.

Otros de sus proyectos son el centro de ciencia de Macao (China), inaugurado en 2009; el museo Miho en Kyoto, Japón; el Museo de Arte Islámico en Doha, Catar (2008); y la ampliación del Museo Histórico en Berlín (2003), entre otros.