È un astro nascente del piccolo e grande schermo. Nominato da People Magazine tra le ‘50 persone più belle del mondo’, ha interpretato Danny McCoy nel popolare dramma della NBC Las Vegas, con James Caan, Molly Sims e Vanessa Marcil, dal 2003 al 2008, riprendendo lo stesso ruolo in Crossing Jordan come guest star al fianco di Jill Hennessy.

Nel 2007, Duhamel ha recitato al fianco di Shia LaBeouf, Tyrese Gibson e Megan Fox nel film di Michael Bay Transformers, che ha guadagnato oltre 700 milioni di dollari nel mondo ed è stato il DVD più venduto dell’anno.
Nel frattempo Duhamel ha trovato il tempo di girare l’horror thriller Turistas, del 2006, insieme a Melissa George e Olivia Wilde, mentre nel 2004 ha interpretato la commedia della DreamWorks Win a Date with Tad Hamilton! (Appuntamento da sogno!) per la regia di Robert Luketic (Legally Blonde).
Duhamel è la voce di Oz nella commedia animata di Nickelodeon Fanboy and Chum Chum. Quest’estate apparirà nella commedia romantica When in Rome, con Kristen Bell, Will Arnett, Danny DeVito e Anjelica Huston.
Attualmente sta lavorando nella produzione Fox 2000 Pictures/Walden Media di Ramona and Beezus con Joey King e Selena Gomez nei ruoli di Ramona e Beezus Quimby. Il film sarà diretto da Elizabeth Allen e interpretato da John Corbett, Bridget Moynahan e Ginnifer Goodwin.
Duhamel ha esordito nel ruolo di Dorian Gray in un adattamento di The Picture of Dorian Gray di Oscar Wilde. Sunito dopo si è trasferito a New York City per unirsi al cast della lunga e fortunata serie di ABC All My Children.
Duhamel ha ricevuto tre nomination consecutive al Daytime Emmy Award come Migliore Attore Non Protagonista per la sua interpretazione di Leo du Pres, portando a casa l’Emmy nel 2002.
Originario del North Dakota, l’attore vive a Los Angeles con sua moglie, la cantante Stacy Ferguson.