Вероятно, Дюфаи родился недалеко от Брюсселя. Он был незаконнорождённым ребёнком неизвестного священника и женщины, которую звали Мари Дю-Фе (Marie Du Fayt). Мари после рождения сына переехала в Камбре, где жила у родственника, который был каноником в городском кафедральном соборе. Дюфаи воспитывался в метризе при соборе, в 1409—1412 гг. его имя было в списке мальчиков-певчих. Учителем Дюфаи в его юные годы был Ришар Локвиль () (умер в 1418 г.). Молодой музыкант общался также с Никола Греноном.
В июне 1414 г. Дюфаи получил в качестве бенефиция должность клирика в церкви Сен-Жери (в Камбре). Вероятно, позже в том же году Дюфаи поехал на церковный собор в Констанце, с которого вернулся в Камбре в 1418 г.
С ноября 1418 по 1420 Дюфаи был помощником священника в кафедральном соборе Камбре. В 1420 году он снова покинул Камбре, на этот раз отправившись в Римини и в Пезаро, где служил при дворе Малатеста. Там он писал мотеты, баллаты и духовные произведения для семейных празднеств. Записей о его службе не сохранилось, но некоторые произведения Дюфаи, датируемые этим временем, содержат ссылки, которые позволяют утверждать, что Дюфаи действительно был в Италии. Он встречался с композиторами дома Малатеста Гуго и Арнольдом де Лантен. В 1424 г. Дюфаи снова возвратился в Камбре, поскольку заболел и умер родственник, у которого жила его мать. В 1426 г. Дюфаи вновь отправился в Италию, в Болонью, где поступил на службу к кардиналу Луи д’Альману, папскому легату. В Болонье он служил помощником священника, а в 1428 г. стал священником. 1426 годом помечена рукопись весёлого французского рондо Дюфаи «Adieu ces bons vins de Lannoys» («Прощайте, добрые вина Лануа»).
В 1428 г. кардинал д’Альман был изгнан из Болоньи соперничающей семьёй Канедоли, и Дюфаи тоже покинул город, направляясь в Рим. Там он поступил младшим певцом в папскую капеллу, служа сначала папе Мартину V, а после его смерти в 1431 г. папе Евгению IV. В те годы Дюфаи создал немало произведений для торжественных случаев: выбор нового папы, заключение мира, городские празднества. Это были торжественные мотеты, баллады, части месс.
В 1434 г. Дюфаи был приглашён руководить капеллой герцога Савойского Амадея VIII. С 1435 г. он снова служил в папской капелле, теперь во Флоренции.
В 1436 г. Дюфаи сочинил один из своих самых известных мотетов — «Nuper rosarum flores» по случаю освящения 26 марта 1436 года нового флорентийского собора Санта-Мария-дель-Фьоре, купол которого был завершен великим зодчим Филиппо Брунеллески. Помимо певцов в исполнении участвовали, чередуясь с ними, группы инструментов.
В это время началось сближение Дюфаи с семьёй д’Эсте в Ферраре, которая оказывала покровительство музыкальному искусству и с которой он, вероятно, познакомился в то время, когда служил при дворе Малатеста. Римини и Феррара расположены близко друг от друга географически, а две семьи были связаны браками. Дюфаи сочинил по крайней мере одну балладу для маркиза Феррары Никколо III. В 1437 г. Дюфаи посетил город. Когда в 1441 г. Никколо умер, следующий маркиз поддерживал контакты с Дюфаи,-- оказывал ему финансовую помощь, способствовал распространению его сочинений.
В 1437 г. Дюфаи закончил свою службу в папской капелле и папа пожаловал ему каноникат в Камбре.
Чтобы стать каноником в Камбре, Дюфаи занимался юриспруденцией в Туринском университете и получил в 1437 г. степень бакалавра права. В то время он вновь был близок к дому Людовика Савойского, носил почётное звание «маэстро капеллы», пользовался покровительством герцога.
Борьба между папством и Собором в Базеле продолжалась в течение 1430-х гг. Очевидно, Дюфаи понимал, что разворачивающийся конфликт угрожает и его положению, особенно когда папа Евгений IV был смещён собором в 1439 г. и герцог Савойский Амадей был избран антипапой Феликсом V. В это время Дюфаи возвратился на родину, прибыв в Камбре в декабре 1439 г.
Дюфаи оставался в Камбре на протяжении 1440-х гг., в это время он находился на службе у герцога Бургундского. В Камбре он сотрудничал с Никола Греноном, когда проводилась полная ревизия собрания литургий в кафедральном соборе, которая включала написание полифонической музыки для служб. В дополнение к этой музыкальной деятельности он занимался решением общих вопросов работы собора. В 1444 г. умерла мать Дюфаи, она была похоронена в соборе. В 1445 г. Дюфаи переселился в дом бывшего каноника, который и остался его главным домом до конца жизни.
В 1446 г. Дюфаи получил каноникат в Монсе в дополнение к каноникату в Камбре.
После отречения от престола в 1449 г. последнего антипапы (Феликса V) борьба между различными фракциями в церкви начала стихать, и Дюфаи снова покинул Камбре и направился на юг. Он приехал в Турин в 1450 г., вскоре после смерти герцога Амадея, но вернулся в Камбре позже в том же году. В 1452 г. он снова поехал в Савой и не возвращался в Камбре шесть лет. В это время он пытался найти приход или службу, которая позволила бы ему остаться в Италии.
Сохранились многие произведения этого периода, включая четыре ламентации на падение Константинополя в 1453 г., его известную мессу, основанную на «Se la face ay pale», а также письмо к Лоренцо Медичи. Однако Дюфаи не смог найти удовлетворительное место с пенсией и вернулся на север в 1458 г. Хотя в Савое он служил более или менее официально в качестве руководителя хора у Луи Савойского, но, по всей вероятности, это была формальная должность, потому что его имя не упоминается в записях капеллы.
Когда он вернулся в Камбре, он был назначен каноником собора. Дюфаи был тогда самым знаменитым композитором Европы. Он вновь установил тесные связи с бургундским двором и писал музыку для него. Он также принимал множество посетителей, в числе которых были Антуан Бюнуа, Йоханнес Окегем, Иоанн Тинкторис (возможно, был учеником Дюфаи) и Луазе Компер. Все они существенно повлияли на развитие полифонической школы. В это время Дюфаи, вероятно, написал свою мессу, базирующуюся на песне «Вооружённый человек» («L’homme arme?»), а также шансон на ту же тему. Эта песня была инспирирована Филиппом Добрым, который призывал к новому крестовому походу против турок, которые недавно завоевали Константинополь. Около 1460 г. Дюфаи также написал реквием, который был впоследствии утерян.
Дюфаи умер 27 ноября 1474 г. Он просил, чтобы во время заупокойной службы спели его обработку антифона «Ave regina celorum», но из-за недостатка времени для подготовки службы воля покойного не была исполнена.
Дюфаи похоронен в часовне Св. Этьена в кафедральном соборе Камбре. На могильной плите был высечен его портрет. После разрушения собора плита была утеряна, но в 1859 г. её обнаружили (она использовалась как крышка для колодца). Сейчас она находится в музее в Лилле.
Дюфаи был одним из наиболее влиятельных композиторов XV столетия, его музыку копировали, распространяли и исполняли повсеместно. Многие композиторы следующих поколений восприняли элементы его стиля.
Музыкальное наследие Дюфаи включает те же полифонические вокальные жанры, подготовленные предыдущим ходом музыкального развития, которые становятся типичными для нидерландской школы. Он пишет духовную музыку: мессы, мотеты, магнификаты, гимны, песни (применяя фобурдон) и антифоны, а также разнообразные светские песни. Вся дошедшая до нас музыка Дюфаи вокальная, но инструменты часто использовались при исполнении (во вступлениях, заключениях, идущих без слов, в сопровождении).
Сохранились 19 мотетов (из них 11 изоритмических), 9 месс на полный текст ординария и ряд отдельных частей ординария (в т.ч. знаменитая Gloria 'ad modum tubae' - букв. Gloria наподобие трубы), 3 магнификата, 15 антифонов, 24 гимна, 87 светских песен (около 80 баллад, виреле и рондо? на французские тексты, 7 баллат и рондо на итальянские тексты).
Ряд анонимных произведений середины 15 века приписывается ему (например, замечательную мессу "Caput", которая долгое время считалась сочинением Дюфаи, современная наука считает анонимной).
Шансон Дюфаи — это по преимуществу небольшие (от 20 до 40 тактов, изредка больше) трёхголосные произведения. В большинстве песен ведущая роль принадлежит верхнему голосу. В строении преобладает принцип строфичности: разные разделы текста сочетаются с одной и той же музыкой (или с её близкими вариантами). Чтобы выдержать повторения, мелодия должна была быть гибкой и сочной. Песни Дюфаи очень образны, для выразительности он выбирает самые разные средства: это и вокальное трёхголосие при равенстве партий (баллада «J’ai mis mon cuer»), и выделение одного инструментального голоса при диалоге двух верхних («La belle se siet») или «соревнование» верхнего и нижнего, и выделение только инструментального начала во вступлениях и заключениях («Helas, ma dame», «Donna i ardenti»), и сведение нижних голосов к сопровождению вокальной мелодии («Belle, que vous ay ie mesfait»).
Одно из ранних рондо Дюфаи — короткая застольная песня — прощание с друзьями «Adieu ces bons vins de Lannoys» («Прощайте, добрые вина Ланнуа»). Её мелодия проста, близка бытовой музыке. Тип таких французских песен подготовлен ещё трубадурами.
Французская традиция ощущается в балладе «La belle se siet». Здесь две вокальные партии поддержаны простой опорой баса. Два верхних голоса начинают «рассказ» о красотке, которая плачет и вздыхает… Речитация верхнего голоса: «Отец её спрашивает: „Что с вами, дочка?“»; затем эта же фраза проходит в контратеноре. Оба голоса: «Желаете ли вы мужа, мужа, мужа или господина?»
Примерами песен, в которых одному из голосов поручено ведение лирической мелодии, а другим — поддержка и «инструментальное» сопровождение, могут служить рондо «Helas, ma dame» («Увы, моя дама») и «Donna i ardenti».
Мотеты Дюфаи очень разнообразны: есть большие полифонические композиции на два или три текста одновременно и камерные вокальные произведения с выделением верхнего голоса, есть мотеты на основе cantus firmus’a, на каноническую тему-мелодию (из антифона, респонсория и т. п.), выдержанные в строгом полифоническом складе, и мотеты с независимыми свободными голосами, не связанные заимствованным тематизмом, лирические и торжественные. Чаще всего Дюфаи создаёт мотеты для четырёх голосов, реже — для трёх, в виде исключения — для пяти (при двух или трёх текстах). Почти все мотеты написаны на латинский текст. Один духовный мотет, из числа посвящённых Деве Марии, создан Дюфаи на итальянский текст VIII канцоны Петрарки («Vergine bella»).
«Песенные мотеты» Дюфаи от собственно полифонического мотета отличали тесная связь мелодии с текстом, выразительность и образность, подчинённость нижних голосов верхнему, развёртывание формы из нескольких «строф» без повторений до значительного объёма (вдвое и втрое больше среднего объёма песен у Дюфаи). Песенный мотет «О beate Sebastiane» («О, блаженный Себастьян») написан во время эпидемии чумы в Риме. Текст широко распет в верхнем голосе, молящем об избавлении. Нижний голос (контратенор) носит скорее инструментальный характер. В соотношениях тенора и контратенора заметна изоритмия, её Дюфаи использует для «скрепления» формы.
Инципиты нескольких известных мотетов Дюфаи:
Дюфаи утвердил четырёхголосную мессу в качестве главного жанра нидерландской полифонии. Cantus firmus, проходящий в партии тенора и объединяющий все части мессы, теперь не обязательно григорианский хорал, мелодия часто заимствуется из популярных светских песен. Таковы мессы «L’homme arm?» (на мотив популярной песни «Вооружённый человек») и «Se la face ay pale» (на мелодию самого Дюфаи «Её личико побледнело»). Дюфаи внес в мессу много нового: гораздо шире развернул композицию цикла, стремился к единству произведения в целом, а не только в пределах каждой части, используя интонационные связи, варьирование уже прозвучавшего, имитации, каноны, разработал основы многоголосия. В пределах хора a cappella Дюфаи пробовал последовательное скандирование текста в быстром темпе (в Credo), хорально-аккордовое изложение в больших масштабах (в Gloria), очень широкие распевы слов и слогов.
Дюфаи написал девять полных месс и значительное количество их частей, которые иногда соединены по две или по три, а в остальных случаях существуют как единичные. Циклические мессы принято располагать во времени таким образом: к раннему периоду (1426—1428) относят мессы «Sine nomine», «Sancti Jacobi» и «Sancti Antonii Viennensis», к 1440—1450 годам мессы «Caput» (авторство Дюфаи оспаривается), «La mort de Saint Gothard», «L’homme arm?», «Se la face ay pale», примерно к 1463—1465 годам мессы «Ессе ancilla Domini» и «Ave Regina coelorum».
В качестве cantus firmus крупной четырехголосной мессы «Se la face ay pale» Дюфаи взял средний голос своей трёхголосной песни. Из мелодии объёмом всего в 30 тактов он сумел построить грандиозное произведение: мелодия песни проходит в начале и в конце Kyrie и Agnus Dei, слышна в Sanctus, а в Gloria и Credo тема проводится по три раза. Регистр мелодии песни сохранился, но в мессе она изложена крупными длительностями и её заслоняют другие, более подвижные голоса.