Né à Genève en 1955, Denis Duboule est de nationalités française et suisse. Il est professeur honoraire de génétique à l'université de Genève où il a dirigé le département de Génétique et Évolution et le Centre National de Compétence en Génétique. Il est également professeur émérite à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).
Denis Duboule reçoit son doctorat de l'université de Genève en 1984 et travaille ensuite dans le laboratoire LGME du professeur Pierre Chambon à Strasbourg au sein duquel il dirige un groupe de recherches jusqu'en 1988. Son groupe s'installe alors au Laboratoire Européen de Biologie Moléculaire (EMBL) à Heidelberg. En 1992, il est recruté comme professeur ordinaire à l'université de Genève puis, en 2006, il est également nommé professeur à l'École polytechnique de Lausanne. Depuis 1985, son travaille porte sur la fonction et la régulation des gènes Hox (gènes architectes) au cours du développement des animaux vertébrés. Denis Duboule s'est également intéressé à la politique de la science, à son financement et à sa communication au grand public. Il rejoint le Collège de France sur une chaire internationale en 2018, puis occupe une chaire statutaire, depuis 2022.