Enfant de la balle, Pierre Dux attend pourtant d'obtenir son baccalauréat pour tâter les planches et tenter le concours d'entrée du Conservatoire auquel il échoue. Inscrit en auditeur libre, il est finalement accepté comme élève pour en ressortir auréolé d'un premier prix de comédie et d'une entrée à la Comédie-Française où il débute dans Le barbier de Séville (1929).
Avant tout homme de théâtre, Pierre Dux sait également se prêter à l'optique de la caméra devant laquelle il fait le plus souvent de courtes apparitions. Contrairement au théâtre où il joue un peu tous les registres, ses rôles au cinéma se cantonnent, au début de sa carrière, à interpréter de jeunes hommes timides. Avec la maturité, ses personnages deviennent ceux de notables ou d'hommes de haut rang : colonel dans Les Grandes Manoeuvres (1955) de René Clair, homme puissant couvert de l'immunité parlementaire dans Le gorille vous salue bien (1958) de Bernard Borderie, général antipathique et corrompu dans Z (1968) de Costa-Gavras ou procureur général dans Section spéciale (1974) du même réalisateur. Extrêmement polyvalent, Pierre Dux s'illustre dans des personnages comiques (Jean de la lune, 1948, de Marcel Achard ; Patate, 1964, de Robert Thomas).
Sociétaire de la Comédie-Française en 1935, il en est nommé administrateur général entre 1944 et 1945 puis de 1970 à 1979. En parallèle, on le retrouve codirecteur du Théâtre de Paris, puis il dirige le Théâtre national de l'Odéon de 1971 à sa mort. Metteur en scène, il signe à la Comédie-Française L'Impromptu de Versailles, Cyrano de Bergerac, Les affaires sont les affaires, La Tempête ou Mon Faust.
Pour la télévision, Pierre Dux interprète Le Noeud de vipères et Monsieur Abel de Jacques Doillon.
Courts métrages 1958 | Chant du styrène (Le) | Alain Resnais |
Longs métrages| 1932 | Mariage de Mademoiselle Beulemans (Le) | Jean Choux |
| 1934 | Monde où l'on s'ennuie (Le) | Jean de Marguenat |
| 1934 | Une soirée à la Comédie Française | Léonce Perret |
| 1935 | Marie des Angoisses | Michel Bernheim |
| 1935 | Marmaille (La) | Dominique Bernard-Deschamps |
| 1938 | Retour à l'aube | Henri Decoin |
| 1941 | Dernière aventure | Robert Péguy |
| 1945 | Affaire du collier de la reine (L') | Marcel L'Herbier |
| 1945 | Patrie | Louis Daquin |
| 1946 | Chouans (Les) | Henri Calef |
| 1947 | Dernières vacances (Les) | Roger Leenhardt |
| 1947 | Monsieur Vincent | Maurice Cloche |
| 1948 | Docteur Laennec | Maurice Cloche |
| 1948 | Jean de la Lune | Marcel Achard |
| 1949 | Valse de Paris (La) | Marcel Achard |
| 1950 | Ombre et lumière | Henri Calef |
| 1951 | Gibier de potence | Roger Richebé |
| 1952 | Lettre ouverte | Alex Joffé |
| 1954 | Poisson d'avril | Gilles Grangier |
| 1955 | Grandes manoeuvres (Les) | René Clair |
| 1955 | Rencontre à Paris | Georges Lampin |
| 1955 | Sophie et le crime | Pierre Gaspard-Huit |
| 1957 | Gorille vous salue bien (Le) | Bernard Borderie |
| 1958 | Vignes du seigneur (Les) | Jean Boyer |
| 1959 | Verte moisson (La) | François Villiers |
| 1960 | Goodbye Again Aimez-vous Brahms ? | Anatole Litvak |
| 1961 | Amours célèbres | Michel Boisrond |
| 1961 | Croulants se portent bien (Les) | Jean Boyer |
| 1962 | Jour et l'heure (Le) | René Clément |
| 1963 | Behold a Pale Horse Et vint le jour de la vengeance | Fred Zinnemann |
| 1964 | Patate | Robert Thomas |
| 1965 | Paris brûle-t-il ? | René Clément |
| 1968 | Z | Costa-Gavras |
| 1969 | Horse (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1969 | Main (La) | Henri Glaeser |
| 1969 | Monde des animaux sauvages (Le) | Eugen Schuhmacher |
| 1974 | Section spéciale | Costa-Gavras |
| 1980 | Plein sud | Luc Béraud |
| 1980 | Trois hommes à abattre | Jacques Deray |
| 1980 | Vie continue (La) | Moshé Mizrahi |
| 1988 | Lectrice (La) | Michel Deville |
| 1990 | Plaisir d'amour | Nelly Kaplan |