Creció con su madre y sus hermanas después de que sus padres se divorciaron, cuando él estaba en cuarto grado.
[1] Duhamel estudió en la Minot State University, donde jugó de quarterback en el equipo The Patriots, y aunque tenía pensado estudiar en la escuela dental, finalmente abandonó la licenciatura.
Por su papel, en mayo de 2002 recibió un Premio Daytime Emmy al mejor actor secundario en una serie dramática.
Ese mismo año, protagonizó la comedia romántica Win a Date with Tad Hamilton!, donde compartió créditos con Kate Bosworth y Topher Grace.
La película de terror ambientada en Brasil, Turistas (2006), lo obligó a entrenar en ciertos aspectos subacuáticos por exigencias del guion.
En mayo de 2016 se confirmó su regreso a la saga para la quinta película, Transformers: el último caballero.