Josh começou a trabalhar como modelo na Califórnia, em revistas de moda  para revistas de moda, ganhando o prémio de Modelo do Ano, em 1997. A sua estreia em televisão foi na telenovela “All My Children” do canal ABC e, em 2003, entrou na série de sucesso “Las Vegas”, que era transmitida em horário nobre.

Em 2004 atingiu fama ao participar no filme “Um encontro com seu ídolo” e “O retrato de Dorian Gray”, onde contracenou com Kate Bosworth e Topher Grace.

Duhamel teve também uma participação no filme de terror Turistas (que estreou em Dezembro de 2006), realizado por John Stockwell. Josh aparece no clipe “Genie in a Bottle” de 1999, da cantora Christina Aguilera.

Em 2007 atuou no filme “Transformers” ao lado de Shia LaBeouf e Megan Fox. O filme teve mais duas continuações “Transformers: Revenge of the Fallen” e “Transformers: Dark of the Moon”. O filme tornou-se uma das franquias de maior sucesso de bilheteria mundial, com mais de US$ 2,6 bilhões.

Como apresentado, em 2013, ele foi convidado para apresentar a maior premiação infantil do mundo, o Kids Choice Awards, da Nick.

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