Nasce da una famiglia di origini savoiarde. Dopo l'Unità d'Italia (17 marzo 1861) venne trasferito a Caserta. A vent'anni frequentò l'Accademia Militare di Modena, da cui uscì col grado di sottotenente dei bersaglieri. Si iscrisse anche al Politecnico di Torino, laureandosi in ingegneria. Nel 1911, durante la guerra italo-turca per il controllo della Libia, gli venne assegnato il compito di scrivere un rapporto sull'uso dell'aviazione da guerra. In esso teorizzò che l'unico uso efficace era il bombardamento da alta quota. In effetti, il primo impiego bellico di aeroplani della storia fu condotto dagli Italiani nel corso di quel conflitto e il primo bombardamento fu messo in pratica il 1º novembre 1911 dalla sezione aviazione del Battaglione specialisti del Genio, che bombardò le posizioni turche di Ain Zara.
Allo scoppio della prima guerra mondiale, Douhet si assunse la responsabilità di far avviare alla Caproni la costruzione del grosso bombardiere trimotore, per ottenere il controllo dell'aria e privare il nemico delle difese, malgrado il parere contrario del generale Moris, ispettore dell'Aeronautica. Per questo atto privo di autorizzazione venne allontanato dall'aviazione e destinato alla Fanteria.
In questo periodo invocò anche un massiccio investimento nella costruzione di aerei da bombardamento. L'atteggiamento critico riguardo alla conduzione della guerra da parte del Capo di Stato Maggiore dell'Esercito, il generale Cadorna, gli procurò l'ostilità delle alte gerarchie. Una lettera diretta a Leonida Bissolati, molto critica nel contenuto verso lo Stato Maggiore, venne intercettata e ne conseguì un processo militare per diffusione di notizie riservate. Douhet venne conseguentemente condannato a un anno di carcere militare, che espiò nel forte di Fenestrelle.
Dopo la battaglia di Caporetto, scontato il periodo di pena, tornò in servizio. Riuscì poi ad ottenere una revisione del processo che portò all'annullamento della condanna subita e la promozione a generale.
Nel 1920, mentre era un colonnello in congedo, fondò l'Unione nazionale ufficiali e soldati e, sulla scorta di analoghe iniziative già attuate in Francia ed in altri Paesi coinvolti nella "Grande Guerra", propose di erigere monumenti ai caduti della "Grande Guerra" in ogni città d'Italia e - primo in Italia di onorare i caduti italiani le cui salme non erano state identificate, con la creazione di un monumento al milite ignoto a Roma, presso il monumento a Vittorio Emanuele II.
Nel 1921 pubblicò Il dominio dell'aria, il suo libro più noto, che ebbe molta fortuna all'estero.