Duse urodziła się w Vigevano we Włoszech w 1858 roku. Jej ojciec był reżyserem teatralnym, a ona zadebiutowała na scenie w wieku czterech lat. Szybko zyskała rozgłos w teatrze włoskim, a w latach osiemdziesiątych XIX wieku była jedną z najpopularniejszych aktorek w Europie.
W 1893 roku Duse zadebiutowała w Ameryce w Nowym Jorku. Odniosła ogromny sukces i w ciągu następnych kilku lat kilkakrotnie koncertowała w Stanach Zjednoczonych. Odwiedziła także Amerykę Południową, Europę i Azję, stając się jedną z najsłynniejszych aktorek na świecie.
Styl gry Duse'a charakteryzował się naturalizmem i realizmem emocjonalnym. Unikała przesadnych gestów i sztuczności tradycyjnego teatru, zamiast tego skupiła się na tworzeniu postaci wiarygodnych i dających się utożsamić. Była również znana ze swojej zdolności do przekazywania złożonych emocji z wielką subtelnością i niuansami.
Kariera Duse trwała ponad cztery dekady i wystąpiła w ponad 300 sztukach. Grała różnorodne role, od bohaterek Szekspira po współczesne kobiety we współczesnych dramatach. Szczególne uznanie zyskała za role w sztukach Ibsena, takich jak „Dama z morza” i „Hedda Gabler”.
Duse wycofała się ze sceny w 1923 roku, a zmarła w Pittsburghu w Pensylwanii rok później. Uważana jest za jedną z największych aktorek wszechczasów, a jej wpływ nadal można dostrzec w twórczości współczesnych aktorów i aktorek.