Attore schivo, diretto e prolifico, allergico ai riflettori ma magnetico sullo schermo, Duvall vinse l'Oscar come miglior attore nel 1983 per "Tender Mercies - Un tenero ringraziamento", dove interpretava un cantante country al tramonto. Fu candidato altre sei volte nel corso di una carriera durata sei decenni, nella quale brillò tanto da protagonista quanto da comprimario, fino a passare anche dietro la macchina da presa. Tra i ruoli più memorabili restano il leale e misurato consigliere mafioso Tom Hagen nei primi due capitoli de "Il Padrino" e soprattutto il tenente colonnello William Kilgore in "Apocalypse Now", ossessionato dal surf in mezzo all'inferno della guerra del Vietnam. È suo uno dei versi più celebri della storia del cinema "Adoro l'odore del napalm al mattino" pronunciato a torso nudo, con cappello da cowboy, mentre gli aerei bombardano la costa dove sogna di cavalcare le onde. Il personaggio, inizialmente pensato ancora più estremo, fu ridimensionato proprio su richiesta di Duvall, a testimonianza del suo approccio meticoloso alla recitazione.