Már 1407-től Ghiberti foglalkoztatta műhelyében, 1415-től céhtag volt. 1425-ben a velencei San Marcóban készített mozaikot - e műve elpusztult. 1432-től a firenzei dóm műhelyben dolgozott. 1436-ban festette John Hawkwood zsoldosvezér lovas freskóját a firenzei Dómban. A Palazzo Medici részére festett, lovascsatát ábrázoló képei a Louvre-ban, a londoni National Galleryban és az Uffiziben láthatók. Urbinóban őrzik az Ostya csodája című képét, Oxfordban a Vadászatot. Neki tulajdonítják a perspektíva feltalálóinak (Giotto, Brunelleschi, Donatello, Uccello és Manetti) arcképeit ábrázoló kompozíciót a Louvre-ban. Festészetének formanyelve még gótikus reminiszcenciákat és a firenzei cassone festők hatását hordozza, de a perspektíva iránti érdeklődése Brunelleschi, néhány freskótöredéke Masaccio, lovascsata-képeinek kompozíciója és hangvétele Piero della Francesca és A. del Castagno hatására utal. Emberábrázolásában - kortársaival ellentétben - nem az alakok drámaiságát hangsúlyozta, hanem sajátos formaproblémák megoldását kereste. A quattrocento egyik legeredetibb képviselője, a távlattan törvényének szenvedélyes kutatója volt.

Uccello olyan festő, akiben elegendő tehetség és szorgalom lett volna ahhoz, hogy igazi mester váljék belőle, ha nincs az eszme, amire egész életét áldozta, és ami végül teljesen hatalmába kerítette. Elhatározta ugyanis, hogy kikutatja a látás törvényeit, annak a valaminek a törvényeit, amit a festészetben perspektívának hívnak. Lefestett tárgyak titkát akarta kifürkészni. Miért kisebb az a fa, amelyik távolabb áll? Miért látszik rövidebbnek, zsugorítottnak Krisztus keze, ha a kép hátteréből nyújtja elő? Az út mentén álló fák miért állnak úgy, mintha fölfelé tartanának, miért ágaskodnak a horizont felé, amikor a valóságban az út sík, nem emelkedik és nem is lejt? És hogyan kell festeni? Úgy, ahogy látjuk, hogy van, vagy úgy, ahogy tudjuk, hogy van? Akárhány képet festett, nem volt velük megelégedve. Mindig hamisnak, a valóságtól idegennek érezte a lefestett tárgyak közötti viszonyt. Ezért először magukat a tárgyakat kezdte tanulmányozni. Egész éjszakákat töltött el azzal, hogy a lehető legtökéletesebben adja vissza az edényeket, a gyümölcsös tálat, a gondos kézzel összeráncolt kabátszárnyakat. Hamar rájött, hogy a színek zavarják a kutatásban, ezért csak rajzokat készített. A vonal vastagításával érzékeltette az árnyékokat és a mélységeket, míg a világosságot és a fényt tiszta, jelöletlen felülettel. De még ezzel sem volt megelégedve. Alkalmazni kezdte a rajzolásnál az algebrát és a geometriát. Most a szélek, távolságok, egyes felületek közti bonyolult viszonyokat ábrázolta. És mert régről maradtak még megrendelései, ezeken kellett dolgoznia napközben, nappali fényben, csak az éjszakáit szentelte tanulmányainak. Éjszakákon át gubbasztott gyertyafény mellett a lerajzolt ujj parányi hajlata, egy sipka kicsiny részlete, a tájképen álló fa árnyéka fölött. Nappal festett képeiből hiányozni kezdett lassacskán az élet, amit a festő ecsetje visz a képbe. A kitalált alakok álomszerűek lettek, mintha holdfény vezetné őket. Nem keltette életre őket az a belső erő. Uccellóban csalódtak a megrendelők, jó híre szertefoszlani látszott. Ebben az időben nagyon elszegényedett, valósággal nyomorgott. A valódi éhhaláltól barátai mentették meg és az, hogy megrendelést kapott bizonyos szerzetesektől egy templomi freskóra. Úgy döntött, ennél a freskónál hasznosítja mindazt, amit fölfedezett a hosszú évekig tartó kísérletezés során, míg a rajzok fölött görnyedezett: hogyan működik az emberi szem, és milyennek látszik a való világ, amit az optika és a perspektíva törvényei határoznak meg. A freskót állványzatról festette, amelyre szorosan ráerősített egy függönyt. Nem akarta megmutatni másoknak, hogyan készül a remekmű. Mérőeszközökkel és számításokkal bástyázta körül magát, hetekig le sem tette az ecsetet. Kizárólag túróval táplálkozott, hiszen a szerzetesek meglehetősen szegények, vagy talán csak fösvények voltak. Még jobban legyöngült, de nem törődött vele. Tudta, hogy ha eljön a nap, és leleplezi a freskót, a világ fölfedezi és tisztelni fogja benne a lángészt. Csakhogy másképp történt. A kész freskó az özönvizet ábrázolta. Megbukott. A mesternek kifizették ugyan a munkát, de nem tudták leplezni csalódásukat. A kísérlet nem sikerült. A legcsalódottabb maga Uccello volt. A történtek után Paolo Uccello, akit Madárnak neveztek, nem festett már semmilyen képet. Csak ellenőrizgette a számításait a végtelenségig, és nem talált bennük hibát továbbra sem. Végül megértette, hogy jól festeni annyi, mint sokszorosítani a hamisítást és a csalást, másolni a délibábot, amivel a világ ámít bennünket. Megértette, hogy a festés nem más, mint egy olyan folyamat, melynek során kifejezést nyer értelmünk és fölfogásunk, ha rábízzuk magunkat a szeszélyes és homályos intuícióra. Megértette, hogy minden műalkotás - hiába bizonyítja, milyen közeli rokonai vagyunk Istennek - valójában véletlenszerű eredménye annak, hogy kimondani próbáljuk a kimondhatatlant.