Doutzen Kroes nació el 23 de enero de 1985 en Eastermar. Su madre, Geartsje Leistra, fue enfermera y profesora y su padre, Johan Kroes, psicoterapeuta. Tiene una hermana, Rens Kroes, quien es nutricionista. En la década de 1970, sus padres fueron campeones en patinaje de velocidad sobre hielo. Cuando era pequeña, Doutzen aspiró a convertirse en patinadora profesional.
Habiéndose descrito previamente como una "marimacho" en su juventud, nunca consideró seriamente el modelaje como una opción profesional, envió fotografías suyas a la agencia Paparazzi de Ámsterdam en 2003, justo después de graduarse. Poco después, a los 18 años, la agencia la envió a Nueva York para realizar sus primeros trabajos como modelo.
El camino de un ángel
En 2005 superó los castings de la firma de lencería Victoria´s Secret para participar en el desfile de ese año. Antes de viajar a Nueva York, Kroes no conocía la marca. Ese mismo año fue elegida como modelo del año por Vogue? y compartió la portada de mayo de 2007 con figuras como Raquel Zimmermann, Sasha Pivovarova y Coco Rocha, habiendo sido elegidas por la revista como el nuevo grupo de supermodelos. En 2008 apareció en el Calendario Pirelli.
Desde 2007 ha aparecido en el ranking Forbes de las modelos mejor pagadas del mundo, alcanzando en 2014 la segunda posición tras haber ganado 8 millones de dólares el año anterior, solo superada por la supermodelo brasileña Gisele Bündchen. Ese mismo año apareció en un anuncio de Calvin Klein con el actor Charlie Hunnam, promocionando una fragancia.
Desde entonces ha sido portada de revistas como Time, Harper´s Bazaar o Numéro. Aparece en los catálogos de Victoria´s Secret y entre las campañas en las que ha participado se encuentran las de Gucci, Tommy Hilfiger, Valentino y Versace. En agosto de 2005 fue la imagen del Eternity de Calvin Klein, y en abril de 2006 firmó un contrato de 3 años con L´Oréal. En 2010 se convirtió en la imagen del Fashion Fest para Liverpool en México.
Kroes ha aparecido en las portadas de Seventeen, Elle, Marie Claire, Glamour, W, Avantgarde y Dazed & Confused. En septiembre de 2013, se convirtió en la primera modelo en tener cuatro portadas de Vogue diferentes en un solo mes: Vogue España, Vogue Italia, Vogue China y Vogue Holanda.
Ha hecho numerosas campañas con prestigiosas firmas, como Tommy Hilfiger, Versace, Valentino, Balmain, Blumarine, Dolce & Gabbana, Hugo Boss AG, H&M, Zara, GAP, Miu Miu, Mugler, L´Oréal, Tiffany & Co., Abercrombie & Fitch, Emilio Pucci y Calvin Klein, entre otras. También ha desfilado en docenas de pasarelas, las de Victoria´s Secret, Fendi, Givenchy, Isabel Marant, Ulyana Sergeenko, Alberta Ferretti, Miss Sixty, Etro, Michael Kors, Loewe, Lanvin, Max Mara, Missoni, Nina Ricci, Oscar de la Renta, Paco Rabanne, Jean Paul Gaultier, Zac Posen, Prada y más.
En 2016, Kroes fue anunciada como portavoz de la marca de lencería neerlandesa Hunkemöller. Kroes lanzó su propia colección Doutzen´s Stories y ha protagonizado varias campañas para la marca hasta la fecha. Posee su propia figura de cera en el Museo Madame Tussauds de Ámsterdam. Desde noviembre de 2009 hasta julio de 2010, escribió una columna mensual sobre su vida en la edición neerlandesa de la revista Marie Claire.
Kroes apareció por primera vez en las pasarelas de Victoria´s Secret en el año 2005 y en agosto de 2008, fue anunciada oficialmente como "ángel" de la marca en una campaña junto a Adriana Lima, siendo la segunda modelo neerlandesa, tras Karen Mulder, en aparecer en la marca. Su primera campaña fue "Obsession supermodel". Ha desfilado para la firma en ocho de sus shows anuales, siendo el último en 2014. A principios de 2015 anunció que dejaba de ser un "ángel", debido a que tenía otros compromisos.
Sueña con el cine
El 24 de noviembre de 2011, debutó con el director Reinout Oerlemans en Nueva Zembla (que es la primera película neerlandesa rodada en 3D). Kroes tomó clases de actuación en la ciudad de Nueva York y ha declarado en entrevistas que planea aparecer en más producciones. En 2017 hizo un cameo en la película Wonder Woman, interpretando a una guerrera amazona.