杜克大學于1838年創(chuàng)建，開始為布朗學院的校舍，隸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所領導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)合學術機構的特權。
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），校訓是“知識與宗教”。
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，從三位一體鎮(zhèn)遷至達勒姆的新校區(qū)。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與醫(yī)院的營運。同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)。西校區(qū)最著名的建筑是耗資二百三十萬美元杜克大教堂（Duke Chapel），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計，可以容納約1600人。教堂高210英尺，為達勒姆市最高的建筑物之一。
1942年，杜克大學承辦了唯一一次在洛杉磯之外的NCAA玫瑰碗總決賽（美國大學橄欖球四大碗之首）。學校還在第二次世界大戰(zhàn)中承辦了為美國海軍訓練人才的V-12 Navy College Training Program項目。
1952年，正式教職工參與大學治理與大學校董會，成立了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。
