1972'de Minot, Kuzey Dakota'da doğan aktörün babası Larry reklamcı, annesi Bonnie L. Kemper ise masaj terapistiydi. Ashlee, Mckenzee ve Kassidy adında 3 kız kardeşi vardı. Liseden sonra dişçi olmak için Minot Üniversitesi'ne başladı, ancak okulu bitirmesine çok kısa süre kala okulu bıraktı. California'ya taşındı ve modellik yapmaya başladı. Çeşitli kliplerde oynayarak oyunculuğa adım attı. All My Children dizisindeki Leo rolünü 3 sezon sürdürdü. 2002'de En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu dalında Emmy ödülü kazandı. Daha sonra 'Win a Date With Tad Hamilton' adlı sinema filminde Topher Grace, Kate Bosworth gibi ünlü isimlerle rol aldı. 2004 yılında 'People' dergisi tarafından 'En Güzel 50 İnsan' listesine seçildi. Bu arada sinemadaki çalışmalarına devam etti.

2005'te İngiliz yazar Oscar Wilde'ın 'Dorian Gray'in Portresi' adlı eserinin sinema uyarlamasında Dorian'a hayat verdi. Fakat bu film sinemalarda gösterime girmedi.  'Turistas' adlı korku filminde 'Alex' adlı karakterini canlandırdı. 2007 yılında vizyona giren 'Transformers' adlı sinema filminde 'Captain Lennox' adlı karaktere hayat verdi. Aynı rolü serinin sonraki 2 filminde de sürdürdü.

Josh Duhamel, 2004 yılında tanıştığı Black Eyed Peas müzik grubunun süperstar solisti Fergie (Stacy Ferguson) ile 2009'da evlendi. 2013 yılında çiftin ilk çocuğu Axl Jack dünyaya geldi.