罗伯特·杜瓦尔出生在加州的圣地亚哥，父亲是海军军官。杜瓦尔在普林斯匹亚学院主修戏剧，1953年毕业后曾参战，两年后退伍返美。回国后，杜瓦尔纽约的戏剧学校接受严格的训练，并在邻居剧场演舞台剧。在那里，他与达斯汀·霍夫曼共住一间公寓。在此期间，他参加了霍顿·富特一部名叫《夜惊魂》的演出，并被富特看中，推荐其出演1962年那部著名的《杀死一只知更鸟》。
杜瓦尔在纽约舞台上的演出慢慢为自己赢得了关注，并在电视界崭露头角，1966年，他与马龙·白兰度一起出演《凯德警长》，并与詹姆斯·凯恩合作在《太空登月记》和《雨族》两部片子中塑造形象。从1969年到1972年，杜瓦尔在包括乔治·卢卡斯的《未来世界》中扮演过角色。
1972年在《教父》中饰演养子，这是他事业的转折点，这个角色为他赢得了第一次奥斯卡最佳男配角提名。从此以后，杜瓦尔以《教父》中这个角色的形象，出演了多部影片，其中包括《教父2》，《杀手精英》，《电视台风云》等。在这五六部电影中，他大部分的角色都是配角，偶尔作为主角出现。
1979年，杜瓦尔在《现代启示录》中的表现确立了他实力型演员的地位，并以此入围最佳男主角。
随后，杜瓦尔在同年的影片《霹雳上