Começou a aparecer no teatro durante o final da década de 1950, movendo-se para papéis na televisão e cinema no início da década de 1960, atuando como Boo Radley emTo Kill a Mockingbird (1962) e aparecendo emCaptain Newman, M.D. (1963). Atuou muitos de seus papéis mais famosos durante o início da década de 1970, como o Major Frank Burns, na comédia de sucessoMASH (1970) e o papel principal emTHX 1138 (1971), assim como a adaptação do romance deWilliam FaulknerTomorrow (1972), deHorton Foote, desenvolvido noActors Studio, sua associação pessoal de cinema favorita.[1] Isto foi seguido por uma série de apresentações criticamente louvadas em filmes bem sucedidos comercialmente.
Desde então, Duvall continuou a atuar no cinema e na televisão com produções comoTender Mercies (1983),The Natural (1984),Colors (1988), a minissérieDove Lonesome (1989),Stalin (1992),The Man Who Captured Eichmann (1996),Segredo de Família (1996),O Apóstolo (1997),A Qualquer Preço (1998),Deuses e Generais (2003),Rastro Perdido (2006), eGet Low (2010).
Duvall nasceu emSan Diego, naCalifórnia,[3] filho de Mildred Virginia (nascida Hart), uma atriz amadora, e William Howard Duvall, um almirante daMarinha dos Estados Unidos nascido naVirgínia.[4][5] Tem ascendência inglesa, e uma linhagem franco-huguenote, alemã, escocesa, suíço-alemã, e galesa em menor grau. Sua mãe era uma parente do general daGuerra Civil AmericanaRobert E. Lee e membro da família Lee da Virgínia, enquanto seu pai era descendente do colono Mareen Duvall.[6] Duvall foi criado na religiãoCiência Cristã e afirmou que, embora seja sua crença, ele não vai à igreja.[7] Cresceu principalmente emAnnapolis, Maryland,[3] local da Academia Naval dos Estados Unidos. Ele lembrou: "Eu era um pirralho da Marinha. Meu pai começou na Academia, quando tinha 16 anos, tornou-se Capitão aos 39 e se aposentou como Almirante". Estudou na Severn School emSeverna Park, Maryland e a The Principia emSaint Louis, Missouri. Graduou-se, em 1953, na Principia College, emElsah, Illinois.[3][8]
Duvall serviu o Exército dos Estados Unidos durante aGuerra da Coreia, de 19 de agosto de 1953 a 20 de agosto de 1954, deixando como Soldado de Primeira Classe. Em 1984 ele explicou: "Isso trouxe alguma confusão na imprensa. Têm algumas histórias em que estou atirando com os comunistas através de uma trincheira durante abatalha de Chosin, como se estivesse emPork Chop Hill. Inferno, estava mal qualificado com formação básica e um fuzil M-1".[3] Quando postado em Camp Gordon (mais tarde renomeada Fort Gordon) naGeórgia, Duvall atuou em uma produção amadora da comédia "Room Service" na vizinhaAugusta, Geórgia.[8]
No inverno de 1955, Duvall iniciou estudos na escola de teatro Neighborhood Playhouse emNova Iorque,[3] onde em 1957 frequentou as aulas de Meisner Sanford.[9] Estava lá há dois anos.Dustin Hoffman,Gene Hackman eJames Caan estavam entre seus colegas de classe,[3][10] eles se conheceram em seus anos iniciais com atores. Enquanto trabalhava para se tornar ator, trabalhou como funcionário dos correios de Manhattan. Em 1955, Duvall vivia com Hoffman em um apartamento de Nova Iorque, enquanto eles estavam estudando na The Neighborhood Playhouse.[11] Por esta altura, também dividiam os cômodos com Hackman, enquanto trabalhava naMacy's, e com correspondências na agência dos Correios e dirigia um caminhão.[8] Os três colegas de quarto, desde então, ganharam dezoito indicações aoOscar, com cinco vitórias.