Gli esordi
Cugino di Robert Duvall, Wayne è un attore americano prolifico soprattutto alla televisione, reso noto al pubblico internazionale per un suo ruolo in Fratello, dove sei? dei fratelli Coen. Debutta sul piccolo schermo con una piccola parte in Matlock poi in Avvocati a Los Angeles, Mc Gyver, La famiglia Borck, X Files e E.R. - Medici in prima linea. Appare sul grande schermo nel 1993 nel ruolo di un paramedico in Un giorno di ordinaria follia di Joel Shumacher. Altri piccoli ruoli saranno in Rivelazioni (1994), Apollo 13 (1995), Eroi di tutti i giorni (1995), The Fan - Il mito (1996), Fuga dalla Casa Bianca (1996) e Pioggia Infernale (1998). Meno dotato del cugino, Wayne Duvall ottiene comunque un ruolo rilevante in Fratello, dove sei dei fratelli Coen dove interpreta Homer Stokes.

Un caratterista
Dopo diverse apparizioni trainate dalla presenza nel film dei Coen, tra cui Evolution (2004) o Ostaggi della follia (2000), Wayne Duvall ottiene il ruolo del sergente Phil Brander nel serial The District (2000-2004). Il sergente è nell'équipe impegnata a ridurre il crimine di Washington DC. La serie è un successo e l'approcio politically uncorrect la rende decisamente interessante (il tasso di criminalità nella regione di Washington è tre volte superiore alla media nazionale sotto la totale indifferenza dei politici). Dopo diverse apparizioni in serie di successo come CSI - Criminal Investigation, Law & Order e JAG - Avvocati in divisa, appare nel ruolo di un detective nel film di Paul Haggis, Nella valle di Elah (2007). Nel 2008 sarà in In amore niente regole e successivamente in Pride and Glory - Il prezzo dell'onore (2008). Nel 2009 appare invece in Duplicity il film di spionaggio romantico con Clive Owen e Julia Roberts.