Кристиан де Дюв родился в 1917 году в Лондоне, где его родители, бельгийские граждане, нашли убежище во время первой мировой войны. В 1920 году семья вернулась в Бельгию, там де Дюв учился сначала в Католическом университете в Лёвене, а затем получил медицинское образование. Работал в физиологической лаборатории Ж.Буккерта, где заинтересовался процессами утилизации глюкозы клетками и поставил перед собой задачу выяснить механизм действия гормона инсулина. В его научную карьеру вмешалась Вторая мировая война — он служил в бельгийской армии, был взят в плен и бежал, затем вернулся в Лёвен.
Как де Дюв пишет в своей автобиографии на сайте Нобелевского комитета , инсулин и глюкагон (другой гормон, участвующий в утилизации глюкозы) находились в фокусе его интересов, и его первые научные исследования были направлены на ферменты метаболизма углеводов в печени.
В 1945 году он представил свою гипотезу механизма действия инсулина и издал книгу «Глюкоза, инсулин и диабет».
Вскоре после этого Кристиан де Дюв начал работать в Стокгольме, в Нобелевском медицинском институте, в лаборатории нобелевского лауреата Акселя Хуго Теодора Теореля, а затем работал в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Вернувшись в Лёвен, создал там исследовательскую лабораторию.
Кристиан де Дюв вместе с Альбером Клодом использовал метод фракционирования отдельных компонентов клетки путем центрифугирования. Это позволило ученым выделить и изучить различные клеточные фракции: ядро, митохондрии и другие органеллы.
В ходе исследований де Дюв открыл и новые клеточные органеллы: лизосомы и пероксисомы, представляющие собой окруженные мембраной пузырьки, внутри которых находятся ферменты.
Лизосомы предназначены для внутриклеточного переваривания. Благодаря ферментам они утилизируют захваченные клеткой вещества и частицы, а также ненужные части самой клетки — иногда клетка переваривает сама себя. Пероксисомы обеспечивают разнообразные окислительно-восстановительные реакции, в том числе окисление жирных кислот, разрушение токсичных соединений (они разлагают их до перекиси водорода), в них же синтезируется холестерин и некоторые другие жизненно важные липиды.
В 1962 году Кристиан де Дюв был приглашен профессором в Рокфеллевский институт в Нью-Йорке, но продолжил работу в Лёвене, проводя исследования уже на базе двух лабораторий. Затем он основал Международный институт клеточной и молекулярной патологии (International Institute of Cellular and Molecular Pathology) на месте Лёвенской медицинской школы в Брюсселе. Цель института, как писал де Дюв в автобиографии, транслировать фундаментальные знания клеточной и молекулярной биологии для практического применения в медицине.
В 1974 году Кристиан де Дюв, Альбер Клод и Джордж Паладе стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».
Высшей научной премией было отмечено открытие новых клеточных структур, организации и механизмов работы клеточных ферментов. В своей нобелевской лекции де Дюв подчеркивает, что
эти исследования имеют не только фундаментальное, но и практическое значение, поскольку лизосомы участвуют в утилизации поврежденных частей клетки и могут послужить мишенью для фармакологических агентов.
Особенно интересна перспектива использовать «лизосомотропные агенты» (то есть вещества, стремящиеся к лизосомам) для доставки лекарств. Де Дюв предполагал, что такими агентами могут быть, например, комплексы ДНК с каким-либо лекарством.
В конце нобелевской лекции Де Дюв цитирует слова своего учителя Хуго Теореля о том, что изучение ферментов перекидывает мост между биохимией и морфологией.
В дальнейшем Кристиан де Дюв изучал разные аспекты функционирования лизосом и пероксисом, их участие в процессе старения, в патологии различных заболеваний. Он был членом Бельгийской королевской медицинской академии, удостоенным почетных степеней американских и европейских университетов. Как ученый пишет в автобиографии, в последние годы он увлекся проблемами возникновения и эволюции жизни. Написал три книги, переведенные на многие языки: A Guided Tour of the Living Cell (New York: Scientific American Books, 1984); Blueprint for a Cell (Burlington, NC: Neil Patterson Publishers, 1991); Vital Dust (New York: Basic Books, 1995).
В возрасте 95 лет Кристиан де Дюв после тяжелой болезни добровольно ушел из жизни путем эвтаназии, рядом с ним в этот момент находились его дети.
В Бельгии эвтаназия легализована для неизлечимо больных.
Как передает сайт радиостанции «Эхо Москвы», в интервью бельгийской газете Le Soir, в номере, вышедшем после смерти ученого, он сказал: «Было бы слишком сильно сказано, что смерть меня не пугает, но я не боюсь того, что будет после, так как я неверующий. Когда я исчезну, я просто исчезну, и ничего не останется». Хотя это и не совсем так - после смерти ученого остаются его научные открытия, которые будут служить человечеству.