Ромен Дюри - сын инженера-архитектора. Изучал искусство в Парижском университете. Некоторое время был барабанщиком в джаз-банде "Kingsize". Ромена Дюри открыли во время кастинга непрофессиональных актеров в Париже. Он впервые появился на экране в телефильме Братья Оливье Даана, с которым он будет работать и в дальнейшем на фильмах Уже мертв и Мальчик-с-пальчик. Ромену вообще свойственно хранить верность каким-то определенным режиссерам.
С 1994 года он активно и плодотворно снимается в кино. В 1995 г. он играет одну из главных ролей в фильме Седрика Клапиша "Молодежная угроза" и становится известен зрителям. Он опять снимается у Клапиша в фильмах "Каждый ищет свою кошку", где он играет ударника, и в "Возможно", где он изображает... отца Жан-Поля Бельмондо! Он опять снимается у Клапиша в 2001 г. в фильме "Испанка", имевшего огромный успех, что послужило толчком сделать его продолжение, "Русские куколки". Сыграл главную роль в фильме Жан-Поля Саломе "Арсен Люпен" (2005), где его партнершей была Кристин Скотт Томас.
Дважды номинировался на премию французской киноакадемии Сезар как Самый многообещающий актер года.
Дюри живет в Париже с подругой актрисой Оливией Бонами (Olivia Bonamy), с которой у него есть сын, Луиджи (Luigi), родившийся 10 февраля 2009 года.