Clea DuVall nasceu em Los Angeles em 25 de setembro de 1977, filha de Rosemary (Hatch) e do ator Steph DuVall. Os anos de adolescência de DuVall representaram muitos desafios para ela. Seus pais se divorciaram quando ela tinha 12 anos e, quando sua mãe se casou novamente, DuVall mudou-se porque não se sentia em casa na família recém-reconstituída, abandonando o colégio e comprando seu próprio apartamento. Filha única, buscava diversão em filmes e programas de televisão, que consumia vorazmente, memorizando cenas inteiras de filmes. Apesar de ser uma pessoa tímida, DuVall decidiu que queria ser atriz e voltou para o colégio, desta vez para a Escola de Artes de Los Angeles. No entanto, os rigores de uma vida independente (ela tinha que trabalhar para se sustentar) significava que ela poderia passar pouco tempo nas aulas e, como resultado, ela se saiu mal na escola.
Mesmo assim, DuVall tinha intensidade, comprometimento e forte talento natural, e logo após a formatura, os papéis começaram a surgir, a princípio como convidados em programas de televisão e pequenos papéis em pequenos filmes. Logo seu primeiro papel importante veio, no sucesso de Robert Rodriguez em 1998 no gênero alien-body-snatcher, The Faculty (1998), que apresentou muitos outros jovens atores como Elijah Wood e Josh Hartnett, bem como um forte elenco de artistas adultos estabelecidos. DuVall interpretou Stokely, uma garota gótica bizarra e durona. Esse papel era típico do elenco de DuVall - o estranho, atraente embora de uma forma nervosa e às vezes um pouco perturbadora. (DuVall é bonita e pode ser glamorosa, ou pode parecer rude para um papel.) Papéis semelhantes vieram em But I'm a Cheerleader (1999) como uma lésbica tatuada e Girl, Interrupted (1999) como um paciente mental.
DuVall é uma pessoa complexa - de fala mansa e amigável, mas dura e independente - e ela habilmente empresta essa complexidade aos seus personagens, tornando-a uma escolha popular de elenco. Ela continua tendo fortes atuações em produções como o thriller conjunto Identity (2003), a série sobrenatural da HBO Carnivàle (2003) e o elogiado pela crítica 21 Grams (2003). DuVall é um fumante inveterado e amigo próximo do diretor Jamie Babbit. Ela não é parente dos atores veteranos Robert Duvall ou Shelley Duvall.
