Duse ble født i Vigevano, Italia, i 1858. Faren hennes var teatersjef, og hun debuterte på scenen i en alder av fire. Hun ble raskt fremtredende i det italienske teatret, og på 1880-tallet var hun en av de mest populære skuespillerinnene i Europa.
I 1893 gjorde Duse sin amerikanske debut i New York City. Hun var en stor suksess, og hun turnerte flere ganger i USA i løpet av de neste årene. Hun turnerte også i Sør-Amerika, Europa og Asia, og ble en av de mest kjente skuespillerinnene i verden.
Duses skuespillerstil var preget av dens naturalisme og emosjonelle realisme. Hun unngikk de overdrevne gestene og kunstigheten til det tradisjonelle teateret, og fokuserte i stedet på å skape karakterer som var troverdige og relaterbare. Hun var også kjent for sin evne til å formidle komplekse følelser med stor subtilitet og nyanse.
Duses karriere strakte seg over mer enn fire tiår, og hun dukket opp i over 300 skuespill. Hun spilte en lang rekke roller, fra Shakespeares heltinner til moderne kvinner i samtidsdramaer. Hun ble spesielt hyllet for sine opptredener i Ibsens skuespill, som «Fruen fra havet» og «Hedda Gabler».
Duse trakk seg fra scenen i 1923, og hun døde i Pittsburgh, Pennsylvania, året etter. Hun regnes som en av de største skuespillerinnene gjennom tidene, og hennes innflytelse kan fortsatt sees i skuespillernes og skuespillernes arbeid i dag.