Da parte di padre ha origini russe, mentre da parte di madre scozzesi. Nato a Manhattan, secondo di tre figli, è un ragazzino così tranquillo che il fratello più grande di 4 anni, lo canzona con gli amici dandogli del ritardato. In realtà, Duchovny è molto più sveglio di quanto si creda e lo darà a vedere a tutti. Dopo aver frequentato il Collegiate School di New York City, dove diventa una piccola stella del basket per le ragazze del liceo, le quali lo assistono moltissimo anche quando, dopo un brutto incidente, si danneggia l'occhio destro, studia a Princeton e a Yale letteratura inglese, abbandonando però il dottorato nel 1987, con il segreto sogno di diventare un attore. Grande amico e compagno di classe dell'attrice Jennifer Beals - che poi inviterà a presentarsi per il ruolo di Dana Scully nella serie X-Files nel 1993, ruolo che la Beals rifiuterà e che farà la fortuna di Gillian Anderson -, trova lavoro in uno spot per una birra e in alcuni spettacoli off-Broadway.
La sua prima battuta cinematografica: Happy Birthday!
Il primo ruolo sul grande schermo è quello di uno degli invitati al compleanno di Melanie Griffith ne Una donna in carriera (1988). Lo si può riconoscere chiaramente mentre grida "Happy Birthday!" nel film di Mike Nichols con Harrison Ford, Sigourney Weaver, Joan Cusack, Philip Bosco, Olympia Dukakis, Kevin Spacey, Oliver Platt, Alec Baldwin e Nora Dunn.
Nudo alla meta
L'anno successivo appare in un nudo integrale nella pellicola Le prime immagini dell'anno nuovo (1989) con Milos Forman e poi, inspiegabilmente, nel ruolo di un agente della DEA transessuale in I segreti di Twin Peaks (1990-1991). Un vero colpo per il suo machismo, che però non latita, anzi viene sottolineato sia in Chaplin (1992) con Athony Hopkins e Kevin Kline, sia con il personaggio del sensualissimo Jake Winters nella serie di telefilm e film tv Red Shoe Diaries (1992-1996).
Unica passione: le donne
La prima parte da protagonista avviene invece nel 1993 con Kalifornia dove fa la parte di uno scrittore criminologo che però non colpisce gli spettatori, molto più attirati da un Brad Pitt in versione serial killer psicopatico. Se non altro colpisce le spettatrici e le colleghe, perché infatti ha vari flirt con attrici come Maggie Wheeler, Winona Ryder, Sheryl Lee e Perrey Reeves. È un vero e proprio donnaiolo e il successo di X-Files non fa altro che aumentare il suo carisma e il suo lato seducente.
Il successo con X-Files
Nei 174 episodi di X-Files Duchovny vestirà i panni dell'agente dell'FBI Fox Mulder, accanto a Gillian Anderson e Mitch Pileggi. Plurinominato ai Saturn Award, agli Emmy e ai Golden Globe (ne vincerà solo uno come miglior attore in una serie drammatica), dovrà ringraziare principalmente l'amico Chris Carter, creatore della serie che lo chiamò per il provino e gli fece ottenere la parte. A ritmi di lavoro serratissimi, la fama arrivò, tanto che persino la serie animata I Simpson decise di omaggiarlo offrendogli il doppiaggio dello stesso personaggio interpretato in X-Files (1997).
I ruoli secondari al cinema
Dopo la corsa dietro le gonne, eccolo mettere anche su casa con l'attrice Tea Leoni, che sposa nel 1997 e dalla quale ha due figlie Madelaine West e Kyd Miller Duchovny. Continua a lavorare in televisione per un po', sempre nel genere horror con Millennium (1997), poi recita con Jon Voight in Zoolander (2001), ma anche con Julia Roberts, Brad Pitt e Terence Stamp in Full Frontal (2002). Dopo una puntata di Sex and the City (2003), comincia a perdersi dietro parti mediocri in film invisibili come House of D (2004) con Robin Williams e The Tv Set (2006) con Sigourney Weaver.
Californication
Ma il futuro cambia... ancora una volta. E il successo arriverà dal piccolo schermo con la serie Californication (2007-2008), dove veste i ruoli del playboy Hank Moody accanto a Natascha McElhone, ottenendo - fra l'altro - il suo secondo Golden Globe. Ma David Duchovny, grande amico dell'attore Ron Eldard, non è solo un attore, è anche una canzone. Chiedetelo ai Bree Sharp che hanno scritto una melodia che porta il suo nome!
Negli ultimi anni recita anche nel sequel di Twin Peaks e in alcuni film, come Il rito delle streghe (2020).
