Первое появление Духовны на телевидении произошло в 1987 году, когда благодаря своей привлекательной внешности Дэвид снялся в рекламе пива L?wenbr?u. Вскоре Дэвид прерывает работу над докторской диссертацией и начинает брать уроки сценического мастерства. После первого опыта на театральных подмостках он почти сразу же попадает в Голливуд. В 1988 году он дебютировал на большом экране, сыграв незначительную эпизодическую роль в фильме Майка Николса «Деловая девушка».

Примерно через год режиссер Дэвид Линч оценил вкус Духовны к эксцентрике, и пригласил его на роль трансвестита- агента службы по борьбе с наркотиками агента Д? енис/Дени? з Брайсон в трёх эпизодах сериала «Твин Пикс». В этом качестве Духовны необычайно понравился Залману Кингу, который пригласил его сыграть роль идеального покинутого любовника-рассказчика в фильме «Дневники Красной Туфельки», а потом и одноименного эротического сериала. На одном из кинофестивалей работы Дэвида привлекли внимание Рэнди Стоуна, продюсера студии «XX Век Фокс», который и порекомендовал его Крису Картеру, режиссеру «Секретных материалов» на роль Фокса Малдера. При первой встрече актер не произвел впечатления на Криса. Его внешность показалась Картеру слишком стандартной. Но после первых проб, Крис решил, что камера просто влюблена в актера. В 1993 Духовны стал сниматься в научно-фантастическом сериале «Секретные материалы» с ведущей ролью агента ФБР Фокса Малдера, сторонника теории заговора, верящего, что его сестру похитили пришельцы. Снимался в паре с Джиллиан Ли Андерсон, исполнившей роль агента ФБР Даны Скалли. Телесериал стал настоящим хитом, принесшим Дэвиду мировую известность. После семи сезонов и пересмотра контракта Духовны покинул сериал в качестве ведущего актёра, продолжая появляться в отдельных эпизодах[3]. В 2002 он снялся в финальной серии «Секретных материалов». Интересным фактом является то, что Дэвид с легкостью находит общий язык со своими партнерами по съемкам. Яркий тому пример его теплые дружеские отношения с Джиллиан Андерсон.