Duhamel sinh ở Minot, North Dakota trong một gia đình Công giáo,[1] con trai của Bonnie L. Kemper, một giáo viên giáo dục thể chất và Larry David Duhamel, một người bán hàng quảng cáo.[2][3] Anh là người gốc Na Uy, Đức, Ai Len, Anh, Canada và Pháp.[3]

Cha mẹ anh ly dị trong thời gian anh còn nhỏ, và mặc dù anh vẫn gần gũi thân thiết với cả bố và mẹ, anh đã ở với mẹ[4] và ba người em gái, Ashlee, Mckenzee và Cassidy. Duhamel theo học Đại học bang Minot và chơi ở vị trí tiền vệ cho đội bóng bầu dục trường đại học.[4] Anh dự định học trường nha khoa[5] nhưng đã bỏ ngang 1,5 năm học để đạt chứng chỉ đại cương.[6]