杜鸿渐年轻时敏悟好学，后考中进士，初授王府参军。天宝末年，杜鸿渐累迁至大理寺司直，充任朔方军留后、支度副使。
至德元年(756年)，安史叛军进逼长安，唐玄宗西逃入蜀，皇太子李亨则北上平凉。杜鸿渐与朔方军僚属魏少游、崔漪、卢简金、李涵等人商议道：“平凉不是聚兵之地，若想取胜，一定要到朔方。如果我们奉太子为主，聚集河陇兵力，联结回纥，同时征召北方劲骑，南下平乱，可以收复二京，雪耻国辱，上报明主，下安百姓。”杜鸿渐于是起草表章，陈述朔方军的军资力量，让李涵赶赴平凉。李亨大喜，决定前往朔方。不久，杜鸿渐到平凉北部的白草顿迎接李亨，并趁慰劳士卒之时，向李亨进言道：“朔方军乃天下劲旅，灵武又是用武之地。如今回纥请和，吐蕃归附，各地郡县都拒不从贼。虽有郡县被叛军占据，也都希望回归朝廷。殿下在朔方整顿武备，然后挥军南下，必能剿灭叛军。”李亨深以为然。同年七月，李亨到达灵武。杜鸿渐与裴冕等人上表劝进，请李亨称帝，以顺应民心。李亨起初不肯，但因杜鸿渐五次上表，最终只得应允。杜鸿渐又亲自安排登基时的礼仪。不久，李亨继位，是为唐肃宗。杜鸿渐被授为兵部郎中，并管理中书舍人事务，后升任兵部侍郎。
至德二年(757年)，杜鸿渐兼任御史大夫，并出任河西节度使、凉州都督。同年十月，唐军收复两京。唐肃宗又改任杜鸿渐为荆州大都督府长史、荆南节度使。乾元二年(759年)，襄州将领康楚元、张嘉延叛乱，驱逐刺史王政，占据襄州。不久，张嘉延南袭荆州，杜鸿渐弃城而逃。澧州、朗州、硖州、归州等州官吏闻听杜鸿渐出逃，惊骇不已，纷纷逃入山谷躲藏。叛乱后被唐军平定。上元元年(760年)，杜鸿渐被征拜为尚书右丞，后历任吏部侍郎、太常寺卿。宝应元年(762年)，唐玄宗、唐肃宗先后去世，唐代宗继位。杜鸿渐又充任礼仪使，负责营建泰陵、建陵，加授光禄大夫，封卫国公。广德二年(764年)，杜鸿渐拜相，担任兵部侍郎、同中书门下平章事，不久又升任中书侍郎。
永泰元年(765年)十月，剑南西川兵马使崔旰占据成都，杀死节度使郭英乂，并自称节度留后。邛州衙将柏贞节、泸州衙将杨子琳、剑州衙将李昌巙则起兵讨伐崔旰，蜀地局势一片混乱。大历元年(766年)二月，唐代宗命杜鸿渐兼任山南西道剑南东川等道副元帅、剑南西川节度使，赴西川平乱。杜鸿渐却志气怯懦，又沉迷佛教，不喜军务。他到成都后，畏惧崔旰兵势，不敢问罪，反而请求朝廷授崔旰为节度使。当时，吐蕃入侵，关中混乱。唐代宗无奈，只得授崔旰为西川行军司马，又授柏贞节、杨子琳为刺史，让他们罢兵归镇。
大历二年(767年)，杜鸿渐请求入朝，并推荐崔旰为西川兵马留后。不久，唐代宗召杜鸿渐回京，又任命崔旰为成都尹、剑南西川节度使。杜鸿渐入朝后，被罢去山南副元帅之职，再次担任宰相，改授门下侍郎。 大历三年(768年)，杜鸿渐出任东都留守，并充任河南、淮西、山南东道副元帅，仍保留同平章事之职。他称病上表，请求退休，得到唐代宗的批准，因此并未到洛阳赴任。大历四年(769年)，杜鸿渐病逝，终年六十一岁。唐代宗废朝三日，追赠他为太尉，赐谥文宪。