Fils d'un diplomate cambodgien et d'une chercheuse en biochimie, Randal Douc est comédien, dramaturge et professeur de mathématiques. Né à Phnom Penh le 23 août 1971, il s'installe avec sa famille en Angleterre en 1973, puis en France en 1975. Il découvre le theatre en entrant aux ateliers Chaillot en 1997, en marge de ses etudes. Après s'être intéressé au jeu d'acteur, c'est pour l'écriture qu'il se passionne et rédige cinq pièces de théâtre, dont une tetralogie sur le Cambodge (Les Hommes Desertés, Rouge de la guerre, Nul endroit du monde et Khyol).

En 2003, au cours d'une avant-première du film S21, la machine de mort Khmere Rouge, Randal Douc fait la rencontre du cinéaste Rithy Panh, qui lui fera plus tard passer des essais pour un second rôle dans son long métrage de fiction Un barrage contre le Pacifique. Adapté de Marguerite Duras, ce premier film lui donne l'occasion de donner la réplique à Isabelle Huppert, Gaspard Ulliel et Astrid Bergès-Frisbey.

Après s'être essayé à la série dans un épisode d'Affaires Etrangères, sa collaboration avec Rithy Panh se poursuit avec des voix-off sur deux documentaires. D'abord L'Image Manquante (2013), primé à Un Certain Regard et nommé aux Oscars 2014 ainsi qu'aux César 2016. Puis Exil (2016), également sélectionné à Cannes en Séance Spéciale.

La réalisatrice Jeanne Labrune  lui offre en 2017 un des rôles principaux du film Le Chemin, face à Agathe Bonitzer. En parallèle de sa carrière cinématographique, Randal Douc continue à exercer son métier d'enseignant et chercheur en mathématiques.