Los admiradores de Disney Channel la conocieron como Lizzie McGuire en la serie del mismo nombre desde el 2001 hasta el 2004. También protagonizó otras películas como The Lizzie McGuire Movie, A Cinderella Story y Cheaper by the Dozen.
Comenzó su carrera actoral cuando era muy joven, protagonizando una producción de Cascanueces a los ocho años.
Interpretó el personaje de Olivia Burke en seis episodios de la serie televisiva Gossip Girl en el 2009.
Su hermana mayor es la actriz Haylie Duff. Se casó con Mike Comrie en febrero del 2010, y la pareja tuvo un hijo llamado Luca en marzo del 2012. Se separaron en el 2014 y su divorcio se finalizó en el 2016. Luego comenzó a salir con Matthew Koma y juntos recibieron a su hija Banks Violet Bear en octubre del 2018. Koma y ella se casaron el 21 de diciembre del 2019. El 24 de marzo de 2021, nació el segundo hijo de la pareja, una hija llamada Mae.
Protagonizó la película Cheaper by the Dozen junto a Steve Martin en el 2003 y la secuela de la película Cheaper by the Dozen 2, en el 2005.
