Duse blev født i Vigevano, Italien, i 1858. Hendes far var teaterinstruktør, og hun fik sin scenedebut i en alder af fire. Hun blev hurtigt fremtrædende i det italienske teater, og i 1880'erne var hun en af de mest populære skuespillerinder i Europa.
I 1893 fik Duse sin amerikanske debut i New York City. Hun var en stor succes, og hun turnerede flere gange i USA i løbet af de næste par år. Hun turnerede også i Sydamerika, Europa og Asien og blev en af de mest berømte skuespillerinder i verden.
Duses skuespilstil var præget af dens naturalisme og følelsesrealisme. Hun undgik det traditionelle teaters overdrevne gestus og kunstighed og fokuserede i stedet på at skabe karakterer, der var troværdige og relaterbare. Hun var også kendt for sin evne til at formidle komplekse følelser med stor subtilitet og nuance.
Duses karriere strakte sig over mere end fire årtier, og hun medvirkede i over 300 skuespil. Hun spillede en bred vifte af roller, fra Shakespeares heltinder til moderne kvinder i nutidige dramaer. Hun blev især rost for sine præstationer i Ibsens skuespil, såsom "Fruen fra havet" og "Hedda Gabler".
Duse trak sig tilbage fra scenen i 1923, og hun døde i Pittsburgh, Pennsylvania, året efter. Hun betragtes som en af de største skuespillerinder gennem tiderne, og hendes indflydelse kan stadig ses i skuespillernes og skuespillerindernes arbejde i dag.