W playoffach Duchene doprowadził Battalion do finału OHL, gdzie drużyna przegrała z późniejszymi zwycięzcami Memorial Cup - Windsor Spitfires.
NHL Po dwóch sezonach w juniorskich rozgrywkach 26 czerwca 2009 roku został wybrany numerem trzy w pierwszej rundzie draftu NHL w 2009 roku przez drużynę Colorado Avalanche. Jako pierwszy wybrany wtedy został przez New York Islanders - John Tavares. W lipcu 2009 roku podpisał w klubem trzyletni kontrakt.
Zawodnika porównano do takich osobowości hokeja na lodzie jak Steve Yzerman, Joe Sakic, czy też do Mike'a Richardsa. Uznano go najbardziej perspektywicznym zawodnikiem w całym drafcie nawet przed Tavaresem i Hedmanem.
W czerwcu 2012 roku przedłużył umowę z klubem o dwa lata. Od października do grudnia 2012 roku na okres lokautu w sezonie NHL (2012/2013) związany kontraktem ze szwedzkim klubem Frölunda HC. Następnie w grudniu 2012 roku na tej samej zasadzie zawodnik szwajcarskiej drużyny HC Ambrì-Piotta.
W lipcu 2013 przedłużył kontrakt z Colorado o pięć lat. Na początku listopada 2017 został zawodnikiem Ottawa Senators. W lutym 2019 został przetransferowany do Columbus Blue Jackets.