杜克大學于1838年創(chuàng)建，開始為布朗學院的校舍，屬于布朗學院的一個分校，位于倫道夫縣（三位一體鎮(zhèn)），由教士Brantley York所領(lǐng)導(dǎo)的循道宗信徒和貴格會信徒所管理。

1841年，北卡羅來納州授予學校作為聯(lián)合學術(shù)機構(gòu)的特權(quán)。1851年，學校改名為師范學院，隸屬循道衛(wèi)理教會。1859年，因受到衛(wèi)理公會教堂的捐助而改名為三一學院(Trinity College)，校訓(xùn)是“知識和宗教。1878年，瑪麗，皮爾斯，特里薩吉爾成為學校第一批被授予學位的女性。1881年宋嘉澍（英文名Charlie），也就是中國近代歷史上宋氏家族的創(chuàng)始人，成為學校的第一個國際學生。1892年，三一學院因受到慈善家朱利安·卡爾和煙草大亨華盛頓·杜克先生的捐助，從三一鎮(zhèn)遷至達勒姆的新校區(qū)。其中朱利安·卡爾主要捐贈了地皮，即杜克大學的原址，也就是東校區(qū)。華盛頓·杜克先生于1892年捐贈了$85,000的現(xiàn)金，主要負責對新校址建筑施工的援助，并在此之后，分別于1896年，1899年，和1900年各追加了$100,000的現(xiàn)金捐贈，用于學校的學術(shù)研究。1924年，華盛頓·杜克的兒子詹姆斯·杜克捐贈了一筆高達4千萬美元的捐款成立杜克基金，用以贊助他的家鄉(xiāng)達勒姆市周圍多所高等教育機構(gòu)與醫(yī)院的營運。也列在受饋名單的三一學院董事長威廉·普萊斯登·富堅持學校應(yīng)該改名為杜克大學以感謝杜克家族的善心，在詹姆斯·杜克的同意之下，學校改名為今杜克大學。學校于1925年至1927年期間重修了東校區(qū)，并在1930年開始修建哥特式建筑風格的西校區(qū)。其中最著名的建筑是耗資二百三十萬美元杜克大教堂（Duke Chapel），從1930年開建至1935年建成。教堂是由朱利安·阿倍勒，美國最早的著名非裔建筑師設(shè)計，可以容納約1600人。教堂高210英尺，為達勒姆市的最高建筑物之一。1942年，杜克大學承辦了唯一一次在洛杉磯市之外的NCAA玫瑰碗總決賽（美國大學橄欖球思大碗之首）。學校還在二次大戰(zhàn)中承辦了為美國海軍訓(xùn)練人才的V-12 Navy College Training Program項目。1952年正式教職員工參與大學治理與大學校董會成立一個高層次的咨詢委員會。1983年建立婦女研究計劃。1986年該校男子足球隊勝杜克大學的第一個NCAA冠軍。2010年1月22日，杜克大學在中國江蘇省昆山市開工建設(shè)杜克昆山大學(DKU)，目的為創(chuàng)建一個獨立法人地位的世界一流研究型綜合大學，主攻精英教育和前瞻科研。昆山市政府斥巨資為DKU的順利啟動提供了優(yōu)越的物質(zhì)條件。2012年8月17日，中國教育部發(fā)出行政許可：由杜克大學、昆山市政府、武漢大學三方合辦的昆山杜克大學正式獲準籌建，但武漢大學將不具備對DKU的管理權(quán)。學校將于2014年正式授課。