Duvall se je rodil leta 1931 v San Diegu v ameriški zvezni državi Kalifornija. Ko je bil star deset let, se je družina preselila na Vzhodno obalo. Po odsluženem vojaškem roku se je preselil v New York, kjer je obiskoval igralsko šolo Neighborhood Playhouse. Slednjo je takrat obiskoval tudi igralec Dustin Hoffman, s katerim sta si tedaj delila stanovanje.

Leta 1962 je zaigral v filmu Ubiti ptico oponašalko, v katerem je upodobil Booja Radleyja. V 60. letih minulega stoletja je med drugim zaigral v filmih The Chase (1966), v katerem sta nastopila tudi Marlon Brando in Jane Fonda, ter The Rain People (1969) Francisa Forda Coppole. Bil je tudi major Frank Burns v vojni komediji MASH (1970) Roberta Altmana.

Preboj je pomenil Coppolov Boter (1972), v katerem je upodobil odvetnika Toma Hagena, za vlogo je prejel prvo od šestih nominacij za oskarja.

Zaigral je tudi v Botru 2 (1974) in v Coppolovem filmu Apokalipsa zdaj (1979). Leta je 1984 je prejel oskarja za vlogo v filmu Tender Mercies. V Botru 3 (1990) se ni pojavil, saj se s studiem ni uspel dogovoriti za ustrezen honorar.

Prejel je štiri zlate globuse, nazadnje leta 1980 za film Apokalipsa zdaj.

V filmu Apostol (1997), za katerega je napisal tudi scenarij, je prevzel glavno vlogo, zanjo je prejel svojo peto nominacijo za oskarja.

Med drugim je upodobil še nasilnega in čudaškega očeta Dixona Dossa v Altmanovem filmu Medeni mož (1998), zaigral v filmu Božič na kvadrat Setha Gordona in pod režijsko taktirko Davida Dobkina v filmu Sodnik (2014) upodobil ostarelega sodnika Josepha Palmerja. Za vlogo je bil nominiran za oskarja.

Poročil se je kar štirikrat, a na žalost nikoli ni imel otrok. V nekem intervjuju je priznal, zakaj jih nima: ''Mislim, da streljam prazne naboje …''

Se še spomnite dua t.A.T.u? Poglejte, kakšni sta danes!