Duvall a interpretat roluri de lideri puternici precum locotenent-colonelul Bull Meechum în „The Great Santini” și personajul principal din „Stalin”, precum și personaje învinse și decăzute în „Tender Mercies” și „The Apostle”. A câștigat premii pentru ambele tipuri de roluri.

După ce a lucrat la o varietate de emisiuni de televiziune, Duvall a făcut o impresie puternică chiar și în roluri mici, cum ar fi primul său rol în film, cel al lui Boo Radley din „To Kill a Mockingbird” (1962).

Pentru rolul în „Tender Mercies”, Duvall a câștigat Premiul Oscar pentru cel mai bun actor în rol secundar în rolul unui cântăreț country.

Un rol consacrat l-a avut în „Nașul” interpretându-l pe Tom Hagen, consigliere al familiei mafiote Corleone. Duvall a apărut în al doilea film „Nașul”, dar l-a respins pe al treilea pentru că a considerat oferta salarială inadecvată.

Duvall a avut multe nominalizări la premiile Oscar și a apărut în aproape 100 de filme. La Hollywood, Duvall și-a făcut propriile filme.

Între el și soția sa Luciana Pedraza era o diferență de 41 de ani.