Hilary Duff sinh tại Houston, Texas. Cha cô, Bob Erhard Duff là chủ một chuỗi cửa hàng tiện ích còn mẹ, Susan Colleen (tên thời con gái là Cobb) ở nhà làm nội trợ. Sau khi được mẹ động viên tham gia một lớp diễn xuất cùng với chị gái là Haylie Duff, cả hai chị em đều giành được vai diễn trong rất nhiều vở kịch ở quê nhà.
Năm Duff 6 tuổi và chị cô 8 tuổi, hai chị em đã tham gia vào vở ballet ''The Nutcracker Suite'' cùng với Columbus Ballet Met ở San Antonio. Để theo đuổi ước mơ trở thành diễn viên chuyên nghiệp cho hai chị em, gia đình Duff cuối cùng đã chuyển tới California nhưng bố Bob Erhard Duff vẫn quyết định ở lại căn nhà cũ ở Houston để chăm lo công việc kinh doanh. Sau nhiều năm miệt mài tham gia các cuộc thử vai, Hilary Duff cùng chị gái đã trở thành diễn viên cho rất nhiều đoạn phim quảng cáo trên truyền hình.
Sự nghiệp diễn xuất của Duff được đánh dấu bằng một số vai diễn nhỏ mà mở đầu là sự xuất hiện đầy ấn tượng trong seri truyền hình ''True Women'' của hãng Hallmark Entertainment vào năm 1997. Một năm sau, cô tham gia một vai phụ khác và một lần nữa lại là một vai diễn gây bất ngờ trong vở đồng diễn ''Playing by Heart'' của đạo diễn kiêm biên kịch Willard Carroll.
Cũng trong năm 1998, Duff đã có vai chính đầu tiên trong phim ''Casper Meets Wendy'', đóng vai cô phù thủy nhỏ Wendy, người đã gặp được con ma Casper. Cũng giống như ''Casper: A Spirited Beginning'' (1997), ''Casper Meets Wendy'' được làm để ăn theo bộ phim đã rất thành công ''Casper'' (1995) không nhận được nhiều lời khen ngợi của giới chuyên môn, thậm chí sau khi sản xuất xong phim chỉ được phát hành dưới dạng video gia đình.
Năm 1999, Duff tiếp tục đảm nhận một vai phụ, đóng chung với hai ngôi sao gạo cội của Hollywood là Bruce Greenwood và Melissa Gilbert, trong bộ phim truyền hình ''The Soul Collector'', dựa trên tiểu thuyết của Kathleen Kane. Nhờ có vai diễn này, Duff đã giành Giải thưởng Nghệ sỹ Trẻ cho 'Diễn xuất hay nhất trong Phim truyền hình (Vai phụ)''.
Danh tiếng chỉ thật sự đến với Duff khi cô được chọn vào vai một trong những nhân vật trong loạt phim sitcom thử nghiệm của đài NBC năm 2000, ''Daddio''. Nam diễn viên Michael Chiklis, cũng là một ngôi sao trong ''Daddio'' nhận xét: ''Sau ngày làm việc đầu tiên với cô ấy, tôi nhớ đã nói với vợ mình rằng, ‘Cô bé này sắp trở thành một ngôi sao‘. Duff có một phong cách rất thoải mái và tự nhiên, cô ấy diễn mà như không diễn vậy.''
Tuy nhiên, may mắn đã không ở lại với Duff khi cô đã bị loại khỏi vai diễn trong ''Daddio'' trước khi bộ phim được khởi quay nhưng được sự động viên của nhà quản lý và mẹ, chỉ một tuần sau Hilary đã trúng tuyển trong cuộc thử vai cho seri phim truyền hình dành cho thiếu nhi ''Lizzie McGuire''. Trong phim, Duff thể hiện nhân vật chính Lizzie McGuire, một nữ sinh bình thường, không có gì nổi trội ngoài tính cách vụng về. Bộ phim xoay quanh cuộc sống và những phát triển chậm chạp của Lizzie trong tuổi dậy thì. Cùng tham gia diễn xuất với Duff trong phim còn có Lalaine, Adam Lamberg, Jake Thomas, Clayton Snyder, Ashlie Brillault, Robert Carradine và Hallie Todd.
''Lizzie McGuire'' lần đầu được phát trên kênh Disney Channel vào ngày 12 tháng 1 năm 2001 đã tạo nên cơn sốt trong giới trẻ, thu hút tới 2,3 triệu người xem mỗi tập phim và là một bước đột phá trong sự nghiệp của Hilary. Sự góp mặt của Duff trong loạt phim này đã khiến cô trở thành thần tượng mới của giới trẻ trong độ tuổi 7 đến 14. Nhà phê bình Richard Huff của tờ New York Daily News còn gọi Duff là ''Phiên bản năm 2002 của Annette Funicello''.
Sau khi Duff hoàn thành hợp đồng 65 tập phim ''Lizzie McGuire'', kênh Disney rất muốn tiếp tục những dự án phim mới và một seri truyền hình tương tự như Lizzie McGuire phát vào giờ vàng trên kênh ABC, nhưng dự án đã không triển khai được. Tuy nhiên, hình ảnh Lizzie McGuire do Hilary thể hiện trong bộ phim màn ảnh rộng ăn theo ''The Lizzie McGuire Movie'' năm 2003 tiếp tục nhận được sự mến mộ của giới teen trên toàn thế giới.