Родился в Лондоне 8 февраля 1781 в семье художника-гравера и карикатуриста Ф.Доу. Первоначально учился у отца, затем в лондонской Академии художеств, которую окончил в 1803. Работал как мастер репродукционной гравюры, писал исторические, мифологические и жанровые полотна в духе сентиментального романтизма (Пастушок, застигнутый бурей, 1810-е годы, Музей-заповедник, Петродворец); быстро стал модным портретистом (Принцесса Шарлотта и принц Леопольд в своей ковент-гарденской ложе, 1810-е годы, Королевский замок, Виндзор). Благодаря покровительству герцога Кентского присутствовал на Ахенском конгрессе глав государств Священного союза (1818), где был представлен Александру I, пригласившему его в Россию для работы над Военной галереей Зимнего дворца. Жил в Петербурге в 1819–1829.

Портреты для Военной галереи Зимнего, исполненные Доу совместно со своими русскими учениками В.А.Голике и А.В.Поляковым (работа продолжалась и после официального открытия галереи в 1826 до последних дней пребывания Доу в России), соединили торжественную риторику с живой эмоциональностью. Из общего числа портретов (336) сам английский мастер исполнил 97 полуфигурных композиций и три – наиболее известные – в полный рост (М.И.Кутузов, М.Б.Барклай-де-Толли и Герцог А.Веллингтон). Пользуясь шумным успехом в свете, Доу написал немало других выразительных портретных образов (Литератор П.А.Межаков с супругой, 1821, Картинная галерея, Вологда; М.Я.Нарышкина с детьми, 1823, Русский музей, Петербург; Адмирал А.С.Шишков, ок. 1827, Эрмитаж, Петербург; и др.). «Не портреты, а живые лица», – так отозвался о его произведениях А.Г.Венецианов в письме Н.И.Гречу (1827).

Доу был избран почетным членом Петербургской Академии художеств (1820), а в 1828 получил звание первого портретного живописца русского императорского двора. Умер Доу в Кентиш-Тауне (ныне в границах Лондона) 15 октября 1829.