Es una estrella en alza en la pequeña y en la gran pantalla. Ha sido designado como una de las 50 personas más guapas por la revista People. Duhamel aparece en la serie dramática de éxito Las Vegas, al lado de James Caan.

Además de participar en la película Turistas, también forma parte del reparto de Transformers, de Michael Bay. Protagonizó la película de Dreamworks El Chico de Tu Vida, del director Robert Luketic.

El primer papel de Duhamel fue interpretando a Dorian Gray en una adaptación de El Retrato de Dorian Gray, de Oscar Wilde. Después del rodaje, se trasladó a Nueva York para unirse al reparto de la serie All My Children.
Duhamel recibió tres nominaciones consecutivas al premio Daytime Emmy al mejor actor de serie dramática por su personaje Leo en All My Children y se lo llevó en el 2002. Actualmente reside en Los Ángeles.