Jeden z najbardziej cenionych aktorów amerykańskich, który zasłynął jako odtwórca ról chłodnych, antypatycznych bohaterów. Sporadycznie - również reżyser, scenarzysta i producent. Występował w głośnych filmach F. F. Coppoli („Ojciec chrzestny”, „Czas apokalipsy”), Roberta Altmana („MASH”), George’a Lucasa. Zdobywca Oscara i 4 Złotych Globów.

Urodził się 5 stycznia 1931 roku w San Diego w Kalifornii jako syn wojskowego, a dorastał w Annapolis w stanie Maryland. Po odbyciu dwuletniej, obowiązkowej służby wojskowej, w 1955 roku wyjechał do Nowego Jorku, by rozpocząć tam naukę w The Neighborhood Playhouse School of the Theatre.

Studiował, a nawet dzielił mieszkanie z Dustinem Hoffmanem, obaj przyjaźnili się wówczas także z Genem Hackmanem.

W 1958 roku zadebiutował w teatrze, a w 1962 – w głośnym filmie Roberta Mulligana „Zabić drozda” z Oskarowym Gregorym Peckiem. Dzielił czas między występy teatralne, filmowe, a od 1963 roku – również telewizyjne.

W 1966 roku po raz pierwszy spotkał się zawodowo z Marlonem Brando na planie „Obławy” Arthura Penna, w 1968 dał pierwszy występ u Altmana w filmie sci-fi „Countdown”, a w 1969 pierwszy raz zagrał u F. F. Coppoli w „Deszczowych ludziach” .

W 1970 roku z powodzeniem wcielił się w postać majora Franka Burnsa w głośnym filmie Roberta Altmana „MASH”, rok później wystąpił w tytułowej roli „THX 1138” w produkcji sci-fi George’a Lucasa, a w 1972 roku zasłynął jako odtwórca roli Toma Hagena w „Ojcu chrzestnym” Coppoli, na planie którego spotkał się ponownie z Marlonem Brando.

Rola przyniosła mu pierwsze nominacje do Oscara i BAFTA.

U Coppoli wystąpił później wielokrotnie: w „Rozmowie” (1974), „Ojcu chrzestnym II” (1974), a przede wszystkim w „Czasie apokalipsy” (1979). 

Za rolę psychopatycznego porucznika Kilgore’a otrzymał pierwszy Złoty Glob, jedyną BAFTA i kolejną nominację do Oscara.

W międzyczasie zagrał u Sidneya Lumeta w „Sieci” (1976) z Oskarową Faye Dunaway, otrzymując nominację do BAFTA.

Zanim dostał swojego jedynego Oscara i kolejny Złoty Glob za kreację w filmie Bruce’a Beresforda „Pod czułą opieką” (1983), był nominowany do Nagrody Akademii za główną rolę pilota w „Wielkim Santinim” (1979) i uhonorowany Pasinetti Award w Wenecji za występ u boku Roberta De Niro w „Prawdziwych wyznaniach” (1981) Ulu Grosbarda.

Drugą nagrodę w Wenecji przyniosła mu rola w „Latarniowcu” Jerzego Skolimowskiego (1986), a dwa kolejne Złote Globy (i nominacje do Emmy) – telewizyjne występy: w mini-serialu „Na południe od Brazos” (1989) i tytułowa rola „Stalina” (1992) w biograficznym filmie Ivana Passera.

Choć jako reżyser i scenarzysta debiutował już wcześniej (film „Angelo moja miłość” 1983, opowiadający o nowojorskich Cyganach), większy sukces w tych dziedzinach osiągnął właśnie w dekadzie lat 90-tych, realizując „Apostoła” (1997) z własnym udziałem.

Duvall otrzymał Independent Spirit Award za reżyserię oraz nominację za scenariusz, zaś drugą Independent Spirit Award , nagrodę Satellite, nominację do Oscara, oraz wiele nagród amerykańskich krytyków (w Chicago, na Florydzie, w Las Vegas, LA, Teksasie; NSFC Award) przyniosła mu pierwszoplanowa kreacja w tym filmie.

W ostatniej dekadzie pojawiał się w wielu znanych, komercyjnych produkcjach: m.in. z Johnem Travoltą w „Adwokacie” (1998, nominacja do Oscara i Złotego Globu), w filmie katastroficznym „Dzień zagłady” (1998), filmie sensacyjnym „60 sekund” (2000) z Nicolasem Cagem i Angeliną Jolie, satyrze „Dziękujemy za palenie” (2005).

W 2002 roku wyreżyserował thriller „Assassination Tango”, w 2005 roku zagrał z Willem Ferrellem w komedii sportowej „Tygrysy murawy”, a w 2006 wystąpił w westernie TV „Przerwany szlak”, który również wyprodukował.

Film przyniósł mu dwie nagrody Emmy i nominację do Złotego Globu za Najlepszą Rolę Męską. Ostatnim głośnym projektem z jego udziałem był kryminał „Królowie nocy” (2007) z Evą Mendes i Joaquinem Phoenixem.

W 1997 roku otrzymał Nagrodę za Całokształt od amerykańskiego National Board of Review, a w 2003 – Nagrodę za Dokonania Życia na MFF w San Sebastián.