生于意大利卡坦扎罗，卒于美国加利福尼亚州拉霍亚。1930年进入都灵大学预科班学习，1936年获得医学博士学位。第二次世界大战期间曾应征在军队担任医官，战后任职于都灵大学。1947年赴美国，任印第安纳大学生物学讲师，1953年加入美国国籍。1949～1963年，任职于加州理工学院。1963～1972年，任加州拉霍亚的索尔克生物研究所研究员。1972～1977年，任伦敦皇家癌症研究基金会主席。1977年回到索尔克研究所，并于1988年出任所长。他也是美国科学院院士和英国皇家学会会员。

杜尔贝科发现了在紫外线照射下失去活性噬菌体的光复活现象。他提出了向细胞内注入已知功能的单个病毒基因而不注入完整病毒的方法，在此基础上，H.M.特明和D.巴尔的摩对在培养物中经劳斯肉瘤病毒感染和未感染细胞增殖情况进行对比试验，提出某些主要由核糖核酸（RNA）构成的动物癌症病毒能将本身的遗传物质转译为脱氧核糖核酸（DNA），该DNA又将寄生细胞转化为癌细胞。1970年，他们又发现了逆转录酶，破解了肿瘤病毒是如何快速扩散传播的机制。杜尔贝科根据他的研究，提出“人类所有癌症的形成方式具有相似性”这一理论，为攻克癌症提出了至关重要的思路。1964年，获得拉斯克基础医学奖。

因在肿瘤病毒和细胞遗传物质间相互作用方面的贡献，他和巴尔的摩、特明共同获得1975年诺贝尔生理学或医学奖。