Родился 14 ноября 1972 года в штате Северная Дакота. Его отец работал в рекламном бизнесе, а мать была учительницей физкультуры. Вскоре после рождения сына родители развелись, и Джош остался жить с матерью и сестрами, хотя и отец продолжал принимать участие в его жизни. После школы Дюамель поступил в Государственный университет Майнота, где изучал биологию. Во время учебы он выступал за спортивную команду университета по американскому футболу. После окончания обучения юный Джош стал помышлять о карьере стоматолога, но судьба распорядилась иначе: он стал моделью. В 1997-м году юноша выиграл конкурс моделей International Modeling and Talent Association, постепенно стал сниматься в рекламных роликах и музыкальных клипах, что в итоге и привело его сначала на телевидение, а затем и в кино.
На экране Дюамель дебютировал в 1999-м году в сериале «Все мои дети», затем последовали роли и в других сериалах, таких как «Эд», «Расследование Джордан» и «Лас-Вегас». Лишь спустя несколько лет, в 2004-м году, ему досталась роль в картине «Свидание со звездой», которая была хорошо принята зрителями, что поспособствовало росту популярности и самого Джоша. Следом ему выпало сыграть Дориана Грея в экранизации знаменитого произведения Оскара Уайльда «Портрет Дориана Грея» и исполнить главную роль в приключенческом триллере «Туристас». Но наибольшая известность пришла к Дюамелю благодаря роли капитана Леннокса в блокбастере 2007 года «Трансформеры», а затем и в продолжении картины «'Трансформеры: Месть падших» и «Трансформеры 3: Темная сторона Луны». Также в тот период свет увидели такие картины, как «Однажды в Риме», «Романтики», «Рамона и Бизус» и «Жизнь, как она есть». Одной из последних работ актера стала лента «’Старый’ Новый год».
В 2004-м году состоялось знакомство Джоша с солисткой группы Black Eyed Peas – Ферджи. Пара поженилась в 2009-м году в Малибу, и в настоящее время проживает в Калифорнии. В 2005-м Джош Дюамель также стал совладельцем ресторана 10 North Main, расположенного в его родном городе Майнот. А в свободное время актер любит играть в баскетбол, футбол и гольф.
