Ximena Duque nació en la ciudad de Cali, Colombia, el 30 de enero de 1985. Hija de Germán Duque y Clara Giraldo. En 1997, a los 12 años, se mudó a Miami, Florida, con su familia. Es en Miami, donde, deseosa de alcanzar sus sueños, comenzó a estudiar actuación, dicción y neutralización de acento, apoyada por su mamá.

Su primera oportunidad surge con la segunda temporada de Protagonistas de novela en 2003, programa dedicado a buscar talento actoral reclutando jóvenes , en la cadena de Telemundo. Siendo en este programa en el que inició su carrera artística. En ese mismo año y en el reality conoce a Christian Carabias, de quien fue pareja por los próximos cinco años y medio. Con Christian procrearon un hijo llamado Cristán Carabias Duque nacido el 16 de mayo del 2004.

Duque ya establecida participa en la producción de Telemundo, Pecados ajenos donde interpreta a María Aguilar.

Ha participado en telenovelas como Soñar no cuesta nada, y en varios capítulos de la serie de Telemundo Decisiones.

En el 2008, se integra al elenco de la telenovela de Telemundo El rostro de Analía donde tiene una participación en el personaje de "Camila Moncada", hermana de la protagonista, interpretada por Elizabeth Gutiérrez quien personificó a "Ana Lucía Moncada".

Otros de los melodramas en los que ha participado fueron: Valeria en 2008 donde tiene una participación como "Ana Lucia Hidalgo", hermana de la protagonista. En 2009, Los Victorinos, en donde interpreta a "Diana Gallardo"; y Bella calamidades, en la cual tiene una participación especial como "Angelina". Con estas dos últimas se le cumple otro sueño, el de trabajar exitosamente en su natal Colombia.

A finales del 2010, se une al elenco de la telenovela de misterio Alguien te mira, historia protagonizada por Danna García, Christian Meier y Rafael Amaya. En ella interpreta a "Camila Wood", una joven que termina enredándose con el marido de su hermana Tatiana .

En 2011, Ximena se integra el elenco de La casa de al lado. Allí interpreta a "Carola Conde", una mujer rebelde y sin prejuicios que siempre ha guardado rivalidad con su hermana "Ignacia" interpretada por (Catherine Siachoque).

En 2012, da vida a la guardaespaldas "Samantha Sandoval Navarro", protagonizando Corazón valiente donde forma pareja actoral con el colombiano Fabián Ríos, quien interpreta a "Guillermo del Castillo".

En el 2013 participa en la segunda temporada de Mía mundo como "Alex". Cerrando ese año con su participación en la telenovela Santa diabla, en el papel de Inés Robledo, donde comparte créditos con Gaby Espino, Aarón Diaz y con su novio Carlos Ponce. El 2013 trae a esta joven actriz otra satisfacción, la incursión al cine, con la participación en la película Primero de enero. La misma se estrena el 16 de octubre de 2014, y fue filmada en República Dominicana. En esta película Ximena interpreta a "Carmen".

Inicia el 2014 tomando la decisión de formar un hogar con su pareja Carlos Ponce, estableciéndose juntos, con su hijo Cristán Carabias y los hijos de Carlos; Giancarlo, Sebastián y las gemelas, Savannah y Siena.

El 2014 la lleva nuevamente a la República Dominicana, donde filmó la película Morir soñando, junto al actor Pedro Moreno, con quien ya había compartido créditos en la telenovela El rostro de Analía. Ximena es nominada en los Premios Tu Mundo, edición 2014, de la Cadena Telemundo, en las categorías la mala más buena y soy sexy and know it, resultando ganadora en ambas.

En el 2014 empieza a grabar Villa Paraíso, donde protagoniza junto a David Chocarro. Villa Paraíso es una mini-telenovela con episodios que duran 30 minutos al aire y a su vez se transmitirá en las redes sociales.

El 3 de septiembre de 2014 la actriz anuncia en su cuenta de Twitter que se incorpora al reparto de la producción Dueños del paraíso, que estrenará por Telemundo en 2015.

En el 2016 se confirma que participara por primera vez en un proyecto estadounidense teniendo una participación en la telenovela estadounidense Days of our Lives.