Maestro, compositor y violinista prodigio, a los dieciocho años fue nombrado director de la Sinfónica Simón Bolívar. Se destaca por la originalidad con que aborda la música clásica tradicional. Ha divulgado El Sistema, un método de inclusión social por medio de la música, desarrollado por el maestro venezolano José Antonio Abreu.
Hijo de músicos, su padre era trombonista y su madre, profesora de canto. Comenzó sus estudios de violín en El Sistema, el Sistema de Orquestas Jóvenes e Infantiles de Venezuela, y continuó su formación en la Academia Latinoamericana de Violín, con el maestro José Francisco del Castillo. Inició su preparación para dirección de orquesta en 1995, y en 1999 ya era director de música en la Orquesta Sinfónica Simón Bolívar y de la Orquesta Sinfónica Nacional de la Juventud de Venezuela.
En 2004 ganó el Concurso de Dirección Gustavo Mahler, en Alemania, y el año siguiente, en el mismo país, recibió el premio Anillo de Beethoven, en el Festival Internacional de Beethoven, de Bonn. En 2007 fue condecorado por el presidente de Venezuela, Hugo Chávez, y lo nombraron padrino de la Misión Música, institución que propaga la enseñanza de la música a más de un millón de jóvenes por medio de El Sistema. También en 2007 dirigió por primera vez la Orquesta Filarmónica de Viena, en el Festival de Lucerna. Realizó una gira de conciertos por Europa con la orquesta Simón Bolívar, que incluyó una temporada en el Royal Albert Hall, en Londres. Cuando fue invitado a dirigir la Orquesta Filarmónica de Nueva York en una serie de conciertos, Dudamel recibió la batuta del legendario maestro norteamericano Leonard Bernstein para dirigir las presentaciones.
Su tercer álbum, Fiesta (2008), que incluye composiciones de músicos latinoamericanos, fue nominado al Grammy Latino. En 2012 ganó el Grammy por la Mejor Interpretación Orquestal Clásica con la ejecución de la “Sinfonía Nº 4”, de Johannes Brahms, al frente de la Filarmónica de Los Ángeles (LA Phil). En 2010, en Bogotá (Colombia), dirigió el Concierto Binacional al frente de cien músicos venezolanos y cien músicos colombianos. Durante los festejos por el bicentenario de la independencia de Venezuela dirigió una orquesta con cuatrocientos músicos y un coro de 1.200 voces, en la Plaza Diego Ibarra, en Caracas. En los funerales del presidente Hugo Chávez dirigió la ejecución del himno nacional venezolano. En 2007 dirigió la Orquesta Sinfónica de Stuttgart, en Austria, que tocó en homenaje a los ochenta años del papa Benedicto XVI.
Es director de la Sinfónica de Gotemburgo (Suecia), desde 2007, y director titular de la Filarmónica de Los Ángeles (Estados Unidos), desde 2009.