Son parcours musical a commencé très tôt, en tant que choriste dans une église parisienne, avant de poursuivre ses études au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris, où il obtient un diplôme d'interprétation et de composition.
Duval a remporté plusieurs concours de musique classique prestigieux : le Concours international Marguerite Long-Jacques Thibaud en 1984, le Concours international Gina Bachauer en 1985, et la compétition européenne Eurovision Young Musicians en 1986.
Ces succès ont permis à Duval de se faire connaître au niveau national et international, en donnant des concerts dans les plus grandes salles de concert du monde : Carnegie Hall (New York), Salle Pleyel (Paris), Concertgebouw (Amsterdam), Konzerthaus (Vienne), etc.
En parallèle à sa carrière de soliste, Jean-Philippe Duval a également créé et dirigé l'ensemble vocal In Voces Musicales, avec lequel il a réalisé plusieurs enregistrements discographiques.
Duval est réputé pour son interprétation des œuvres de Mozart, Haydn et Bach, mais également pour ses créations contemporaines. Il a travaillé avec des compositeurs tels que Henri Dutilleux, Kaija Saariaho, Tristan Murail, et Pierre Boulez.
En 2015, Duval a été élu membre de l'Académie des Beaux-Arts de l'Institut de France, succédant à Jean-Philippe Collard. Il enseigne actuellement à l'École normale supérieure de Paris et au Conservatoire national supérieur de musique et de danse de Paris.
Jean-Philippe Duval est également un écrivain, dont les livres ont été traduits dans plusieurs langues. Ses écrits abordent des sujets tels que la création musicale, la pédagogie et l'analyse de la musique contemporaine.