Родился в 1837 г., сын генерал-майора Лаврентия Григорьевича Духонина. Образование получил во 2-м кадетском корпусе, из которого 12 июня 1855 г. выпущен прапорщиком в лейб-гвардии Финляндский полк.
В 1862 г. окончил курс Николаевской академии Генерального штаба с серебряной медалью и в следующем году принял участие в военных действиях при усмирении польского мятежа, за отличие в 1863 году был произведён в капитаны. В том же году был награждён орденом св. Владимира 4-й степени с мечами и бантом.
Произведённый в 1866 г. в подполковники, Духонин в том же году был назначен начальником штаба 1-й пехотной дивизии.
Получив в 1869 г. чин полковника, Духонин в 1872 году был переведён на должность начальника штаба 15-й пехотной дивизии, а в 1873 г. получил в командование 55-й пехотный Подольский полк, с которым и сделал кампанию 1877—1878 гг. против турок.
Отличившись уже самом начале войны, Духонин 16 июня 1877 года был награждён орденом св. Георгия 4-й степени
Раненный при обороне Шипки в руку и голову и контуженный, Духонин 5 октября 1877 года был награждён золотой саблей с надписью «За храбрость» и 25 ноября того же года — чином генерал-майора (со старшинством от 5 сентября). Кроме того, в 1878 году ему был пожалован орден св. Станислава 1-й степени с мечами и в 1879 году — орден св. Анны 1-й степени с мечами.
По окончании войны Духонин был недолгое врема командиром 1-й бригады 1-й пехотной дивизии, а затем назначен начальником штаба 4-го армейского корпуса, которым в то время командовал М. Д. Скобелев.
С 1882 г. Духонин был помощником начальника штаба Варшавского военного округа, и в том же году получил орден св. Владимира 2-й степени. Через три года был назначен комендантом Выборгской крепости и с 1889 г. — начальником 36-й пехотной дивизии. В генерал-лейтенанты произведён в 1886 году.
На этой должности он и умер в Москве 17 декабря 1895 г., похоронен на кладбище Новодевичьего монастыря.
Супруга Духонина во время русско-турецкой войны была сестрой милосердия при дивизионном лазарете 14-й пехотной дивизии и напечатала в «Русском вестнике» за 1882 г. (№ 6 и 9) любопытные записки под заглавием: «Мирная деятельность на войне».
