В 1977-1981 годах работал в Международном институте Лауэ-Ланжевена в Гренобле, Франция.

В 1981-1985 годах – доцент физики Университета Южной Калифорнии, США.

В 1985-1987 годах работал во франко-американском исследовательском центре Bell Laboratories.

В 1987-1990 годах – профессор кафедры физики имени Юджина Хиггинса в Университете Калифорнии в Сан-Диего, США.

С 1990 года — профессор кафедры физики имени Юджина Хиггинса в Принстонском университете США.

В 1990-1999 годах входил в консультативный совет Аспен Центра по физике.

Занимался разработкой нового геометрического описания дробного квантового эффекта Холла. В сферу исследований Халдейна входил эффект квантовой запутанности, топологические изоляторы.

С 1986 года – член Американского физического общества.

С 1992 года – член Американской академии искусств и наук (Бостон).

С 1996 года – член Королевского общества Лондона.

С 2001 года – член Американской ассоциации содействия и развития науки.

В 1993 году Данкан стал лауреатом премии Оливера Бакли (Oliver E. Buckley Condensed Matter Physics Prize) Американского физического общества. В 2012 году был удостоен медали Дирака (Dirac Medal) Международного центра теоретической физики имени Абдуса Салама.

В 2016 году Данкан Холдейн совместно с Дэвидом Таулессом и Джоном Костерлицем была присуждена Нобелевская премия по физике за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз вещества.

Как отмечается в пресс-релизе Нобелевского комитета, лауреаты по физике 2016 года «открыли двери в неизвестный мир», в котором материя может находиться в необычном состоянии. Речь, прежде всего, идет о сверхпроводниках и тонких магнитных пленках.