Caracterizada por sus guitarras solistas dobles y sus armonías vocales superpuestas, la primera formación de los Doobie Brothers perfeccionó sus habilidades musicales y encontró a su público en los bares de moteros del norte de California. Las maquetas de la banda llamaron la atención del productor discográfico Ted Templeman, quien la contrató para Warner Brothers Records a finales de 1970. Templeman produjo todos los álbumes de estudio de la banda hasta Cycles (1989).
Mientras que el álbum debut de la banda, The Doobie Brothers (1971), no logró capturar la energía de sus actuaciones en directo, su segundo álbum, Toulouse Street (1972), los catapultó a la fama. Impulsado por los ahora clásicos temas "Listen to the Music", "Jesus Is Just Alright" y "Rockin' Down the Highway", Toulouse Street presentaba un sonido más pulido y una formación ampliada, que incluía al bajista Tiran Porter (quien reemplazó a Shogren) y a un baterista adicional, Michael Hossack.
El tercer álbum de la banda, The Captain and Me (1973), logró ventas de doble platino e incluye los temas "Long Train Runnin’" y "China Grove", que alcanzaron los puestos 8 y 15, respectivamente, en la lista Billboard Hot 100. The Captain and Me también contó con las contribuciones del teclista de Little Feat, Bill Payne, que tocó el piano en "China Grove" y otros temas, y el entonces guitarrista de Steely Dan, Jeff Baxter, que añadió una parte de pedal steel guitar a "South City Midnight Lady".

El cuarto álbum de los Doobie Brothers, What Were Once Vices Are Now Habits (1974), produjo el primer éxito número uno de la banda, la animada "Black Water" de Simmons. Hossack dejó la banda abruptamente mientras se realizaban los ensayos para la gira de Vices, y fue reemplazado por el baterista Keith Knudsen. Otro cambio clave en la formación ocurrió cuando Baxter se enteró de que Steely Dan ya no saldría de gira y se unió a la formación de los Doobie Brothers durante la gira de Vices. Su trabajo con la guitarra solista y la pedal steel guitar ocupa un lugar destacado en el siguiente álbum a Vices, el de temática western Stampede (1975).

Antes del lanzamiento de Stampede, Johnston enfermó de una úlcera sangrante y fue reemplazado en la gira promocional del álbum por el vocalista y teclista Michael McDonald, quien había trabajado con Baxter en Steely Dan. La banda quedó impresionada con la emotiva voz y el estilo gospel de McDonald con el teclado, por lo que lo invitaron a convertirse en miembro de tiempo completo. Bajo la dirección de McDonald, la banda suavizó su ruidoso y alegre sonido de rock and roll hacia un enfoque de soul rhythm and blues (R&B).
Los renovados Doobie Brothers continuaron a Stampede con el álbum orientado al funk ligero y al pop Takin’ It to the Streets (1976), logrando éxitos con el tema principal del álbum y "It Keeps You Runnin’", ambos escritos por McDonald. El siguiente álbum de la banda, el de influencia jazz Livin’ on the Fault Line (1977), no produjo ningún éxito y recibió críticas mixtas.

El sonido de la banda continuó suavizándose, evolucionando hacia un estilo más pulido bajo la dirección de McDonald. A finales de 1978, los Doobie Brothers lanzaron el álbum Minute by Minute, que encabezó las listas de éxitos, anclado por el tema principal, que alcanzó el puesto 14 en la Billboard Hot 100, y el éxito número uno "What a Fool Believes", que fue escrito por McDonald y Kenny Loggins. En 1980, "What a Fool Believes" y "Minute by Minute" ganaron premios Grammy a la grabación del año y a la mejor interpretación vocal de un dúo, grupo o coro, respectivamente.
Los rigores de las giras agotaron a la banda. Baxter y Hartman dejaron los Doobie Brothers en 1979 y fueron reemplazados por el multiinstrumentista John McFee y el baterista Chet McCracken. El lanzamiento de One Step Closer en 1980 mostró las armonías distintivas de la banda y el toque conmovedor de McDonald, pero no logró el éxito comercial o de crítica de Minute by Minute. One Step Closer produjo la exitosa canción "Real Love", que alcanzó el puesto 5 en la lista Billboard Hot 100. Los Doobie Brothers se disolvieron en 1982 después de que Simmons y McDonald se marcharan para seguir sus carreras en solitario. En 1983, Warner Brothers emitió el doble álbum en vivo Farewell Tour, que documenta la gira de 30 fechas de la banda en 1982.

En 1987, Johnston, Simmons, Baxter, Hartman, Hossack, Porter y otros miembros de la banda se embarcaron en una exitosa gira de reunión, que insufló nueva vida al legado de la banda. En los años que siguieron, los Doobie Brothers continuaron de gira y grabando, lanzando los álbumes Cycles (1989), Brotherhood (1991), Sibling Rivalry (2000) y Southbound (2014), entre otros. Estos álbumes, si bien lograron distintos grados de éxito crítico y comercial, mantuvieron el sonido característico de la banda al mismo tiempo que incorporaron elementos contemporáneos. McDonald se reincorporó a la banda en la carretera a principios de la década de 2020. Los Doobie Brothers ingresaron en el Salón de la Fama del Rock and Roll en 2020 y la banda lanzó el álbum Liberté en 2021. El grupo fue incluido en el Salón de la Fama de los Compositores en 2025.