Жюльен Дювивье родился 3 октября 1896 года в Лилль, Франция. Учился в Лилльском университете, курса не кончил. Переехал в Париж. Дебютировал как актёр в театре «Одеон» под руководством Андре Антуана (1916 год). С 1918 года работал в кино, сотрудничал с Л. Фейадом, М. Л’ Эрбье. В качестве режиссёра свой первый фильм «Гасельдама, или Цена крови» снимает в 1919 году. В 1925 году точно и трогательно экранизирует роман Жюля Ренара «Рыжик» (Poil de carotte). В последующие пять лет Дювивье снимает около 10 фильмов, которые демонстрируются с большим или меньшим успехом. Последний для режиссёра в эпохе немого кино фильм «Дамское счастье» (Au bonheur des dames, 1930) был хорошо встречен критикой.
Звук не стал помехой в творчестве Дювивье. Он не только продолжпет снимать качественное кино, но и озвучивает некоторые свои работы из периода немого кинематографа. В 1934 году режиссёр впервые приглашает в свой фильм «Мария Шапделен» (Maria Chapdelaine) Жана Габена — бывшего артиста варьете, уже имевшего небольшой опыт работы в кино. Это положило начало долгому творческому сотрудничеству. Если роли в фильмах «Бандера» (La Bandera, 1935 год) и «Голгофа» (Golgotha, 1935 год) закрепили популярность Дювивье и Габена во Франции, то картины «Славная компания» (La belle équipe, 1936 год) и «Пепе ле Моко́» (Pépé le Moko, 1936 год) приносят им всемирную известность.
Эти фильмы были сняты режиссёром в художественной манере поэтического реализма, востребованной во Франции в середине 1930-х годов. Историками и кинокритиками подчёркивается аллюзия «Славной компании» на общественно-политические реалии во Франции во время парламентских выборов 1936 года. Дювивье, отнюдь не не придерживающийся левых взглядов, отразил в фильме не только победу Народного фронта, но и скорый развал, который действительно постиг этот союз в конце 1930-х годов. В 1937 году режиссёр снимает романтическую драму «Бальная записная книжка» (Un carnet de bal) — воспоминания некой дамы Лидии МакМиллан Мёрл Оберон о своих романтических увлечениях за прошедшие сорок лет.
В 1938 году Жюльен Дювивье приглашён работать в США на студию MGM, где выпускает фильм-биографию Иоганна Штрауса «Большой вальс». На следующий год возвращается во Францию и снимает несколько фильмов: «На исходе дня» — историю о пожилых театральных актёрах, «Повозка-призрак» (иногда — «Призрачная тележка», «La Charrette fantôme», 1939 год) — фильм ужасов по новелле «Возница» Сельмы Лагерлёф. В 1940 году Дювивье готовит к выпуску фильм «Отец и сын» (Untel père et fils) — семейную драму в исторических декорациях войны 1871 года. В условиях режима Виши тема франко-прусского противостояния не могла быть допущена цензурой на экраны и фильм был запрещён. Дювивье уехал в Соединённые Штаты. Премьера картины состоялась в США в 1943 году под названием «Сердце нации» (The Heart of a Nation), во Франции — только в 1945 году.
В свой «американский» период Жюльен Дювивье снимает 5 фильмов, среди которых два римейка: «Лидия» (Lydia, 1941 год) — на «Бальную записную книжку», и «Самозванец» (The Impostor, 1944 год) — на «Пепе ле Моко». Среди оригинальных работ необходимо упомянуть фильм-антологию из 6 историй «Сказки Манхэттена» (Tales of Manhattan) с Шарлем Буайе, Ритой Хэйворт, Джинджер Роджерс и ещё многими популярными актёрами Голливуда того периода.
По возвращению во Францию Дювивье испытывает некоторую настороженность со стороны соотечественников, переживших оккупацию на родине. Его картина 1946 года «Паника» (Panique), позже признанная самой мрачной и нигилистической из всех его работ, была холодно принята зрителями и критикой. Режиссёр чаще предпочитает работать за рубежом: «Анна Каренина» (Anna Karenina) снята в 1948 году в Великобритании, «Блэк Джек» (Black Jack) в 1950 году — в Испании. Ни один из его последующих фильмов успеха середины 1930-х годов не повторил.
В 1967 году Жюльен Дювивье попадает в автомобильную аварию, спровоцировавшую у него сердечный приступ, от которого режиссёр скончался. За свою карьеру выдающийся кинематографист снял более 70 фильмов.