Родился Роберт Дюваль в Сан-Диего (Калифорния, США) 5 января 1931 года в семье офицера ВМФ, впоследствии дослужившегося до адмирала. Работа отца была связана с многочисленными переездами, благодаря чему актер не понаслышке знает американскую глубинку.
Несмотря на то, что первые роли Роберта в кино в большинстве своем были второго плана, они надолго оставались в памяти зрителей. Это и роль юродивого в картине «Убить пересмешника» (1962) и роль тупого майора в фильме «Военно-полевой госпиталь. М.Э.Ш.» (1970). Десятки лет спустя неброскую манеру игры Дюваля будут сравнивать с игрой великого Лоуренса Оливье.
В семидесятых годах актер начал сниматься в картинах у наиболее популярных режиссеров. Великолепен он в фильме «THX - 1138» (1971) Джорджа Лукаса, неподражаем в роли советника семьи Карлеоне в первых двух частях культовой трилогии Френсиса Форда Копполы «Крестный отец» (1972,1974). Производит впечатление и роль киллера в фильме Сэма Пэкинпа «Элита убийц» (1975). Номинируется на Оскар четыре раза, однако получает оный лишь в 1983, за роль в довольно посредственной картине Брюса Бирсфорда «Нежное милосердие», в которой актер продемонстрировал не только актерский но и музыкальный талант, исполнив несколько песен собственного сочинения.
В восьмидесятых годах на экраны кинотеатров выходит более десятка картин с участием актера, наиболее удачными из которых считаются: «Плавучий маяк» (1985) и «Цветные» (1988).
Мировая слава приходи к актеру в середине девяностых. Приходит не после какой-то определенной роли, а сама собой, в тот момент, когда к его соотечественникам приходит понимание того, что актер достиг совершенства, изображая среднестатистического американца - невероятно трудолюбивого патриота с изрядной толикой хитрости. Все те качества, которые для предыдущих поколений американцев воплощал Джон Уэйн, открывают в Дювале современники актера.
В начале девяностых актер по-прежнему полон сил и энергии. В 1991 году он играет роль похотливого отца в картине «Беспутная Роза» (1991), полицейского в фильме «С меня хватит!» (1993), редактора в «Газете» (1994), главу семьи в фильме «Тема для разговора» (1995) и врача в фильме «Феномен» (1996), главную роль в котором сыграл Джон Траволта.
И в новом тысячелетии актер не собирается сбавлять обороты, активно снимаясь во множестве художественных и телевизионных фильмов. Второстепенные, но от этого не менее запоминающиеся роли, Дюваль играет в картинах: «Угнать за 60 секунд» (2000) с Николасом Кейджем в главной роли, «Шестой день» (2000) с Арнольдом Шварценеггером, «Здесь курят» (2005), «Дорога» (2009), «Хемингуэй и Геллхорн» (2012) и многих других.
Несмотря на такое обилие ролей, актер находит в себе силы и для того чтобы работать в театре, и для режиссерской работы. В качестве режиссера Дюваль ставит картины: «Анджело, моя любовь» (1983), «Апостол» (1997), «Танго с убийцей» (2002). Остается только удивляться откуда у актера столько сил и энергии.