Josh Duhamel doit sa popularité au petit écran, où il tient l'un des premiers rôles dans la série Las Vegas. Puis, en 2007, sa renommé explose grâce à sa participation au film de Michael Bay, Transformers. Logiquement, il sera de retour en 2009 dans la suite, Transformers 2 la revanche.
Avant cela, il avait été mannequin (il avait même été nommé mannequin masculin de l'année en 1997, lors de l'International Modeling and Talent Association, un dénommé Ashton Kutcher arrivant second lors de cette compétition). Puis il apparaît dans des clips vidéo, comme dans Will Go With You (Con te partirò) de Donna Summer et Genie in a bottle de Christina Aguilera. Enfin, il obtient de petits rôles dans des séries T.V., comme All my children, avant de se faire engager sur Las Vegas, en 2003.
 
Depuis 2009, il vit en couple avec Stacy Ferguson, la chanteuse du groupe Black Eyed Peas.