Daniel Duval débute sur grand écran en 1974 dans Le Voyage d'Amélie, dont il assure lui-même la mise en scène. La même année, il tourne sous la direction de Bertrand Tavernier, dans Que la fête commence, avant d'apparaître dans L'Agression (1975) de Gérard Pirès et la comédie dramatique Va voir maman, papa travaille (1977). Habitué des rôles plutôt sombres, cette "gueule" burinée du cinéma français repasse derrière la caméra en 1979 pour La Dérobade, où il campe un terrifiant proxénète face à Miou-Miou et Maria Schneider. Remarqué dans Le Bar du téléphone (1980), le comédien donne la réplique à Richard Bohringer dans Le Juge (1984) et parfait son image de dur dans Un été d'enfer (1984) ou encore Les Loups entre eux (1985) de José Giovanni.

Après une longue période d'absence à l'écran, Daniel Duval effectue son retour au cinéma d'auteur dans la deuxième moitié des années 90. il est, pour Sandrine Veysset, le mari imprévisible et le père inconséquent d'Y aura-t-il de la neige à Noël ? (1996), un gangster pour Xavier Durringer (J'irai au paradis car l'enfer est ici, 1997), un séducteur ténébreux et dangereux face à Nathalie Baye (Si je t'aime, prends garde à toi, 1998) et l'activiste gauchiste, repenti et suicidaire du Vent de la nuit (1999) de Philippe Garrel.

Entre deux passages chez Michael Haneke (Le Temps du loup et Caché), il revient à son genre de prédilection, le polar, pour les besoins de Total Khéops (2002), Gomez & Tavarès (2003) et 36 quai des orfèvres (2004), avant de jouer la carte de l'émotion aux côtés de Melvil Poupaud dans Le Temps qui reste (2005). Ne délaissant pas pour autant la réalisation, il propulse Jean-Paul Rouve et Anne Brochet dans l'été 1954, époque à laquelle se situe Le Temps des porte-plumes. Retrouvailles toujours, avec Daniel Auteuil dans Le Deuxième souffle d'Alain Corneau, puis on le retrouve au casting de grosses productions comme RTT, aux côtés de Kad Merad, De vrais mensonges avec Audrey Tautou puis il devient Lyonnais aux cotés de Gérard Lanvin et sous la direction d'Olivier Marchal, incontournable maître du polar à la française.