Duse est née à Vigevano, en Italie, en 1858. Son père était metteur en scène de théâtre et elle a fait ses débuts sur scène à l'âge de quatre ans. Elle prend rapidement de l'importance dans le théâtre italien et, dans les années 1880, elle devient l'une des actrices les plus populaires d'Europe.
En 1893, Duse fait ses débuts américains à New York. Elle connaît un énorme succès et effectue plusieurs tournées aux États-Unis au cours des années suivantes. Elle a également effectué des tournées en Amérique du Sud, en Europe et en Asie, devenant ainsi l'une des actrices les plus célèbres au monde.
Le style d'acteur de Duse se caractérise par son naturalisme et son réalisme émotionnel. Elle a évité les gestes exagérés et l’artificialité du théâtre traditionnel et s’est plutôt concentrée sur la création de personnages crédibles et auxquels on peut s’identifier. Elle était également connue pour sa capacité à transmettre des émotions complexes avec beaucoup de subtilité et de nuances.
La carrière de Duse s'est étendue sur plus de quatre décennies et elle est apparue dans plus de 300 pièces de théâtre. Elle a joué une grande variété de rôles, des héroïnes de Shakespeare aux femmes modernes dans des drames contemporains. Elle a été particulièrement acclamée pour ses performances dans les pièces d'Ibsen, telles que « La Dame de la mer » et « Hedda Gabler ».
Duse se retira de la scène en 1923 et mourut à Pittsburgh, en Pennsylvanie, l'année suivante. Elle est considérée comme l’une des plus grandes actrices de tous les temps et son influence est encore visible dans le travail des acteurs et actrices d’aujourd’hui.