祖父杜从则，为工部侍郎。曾祖父杜自远、祖父杜繁没有仕官记录，父亲杜佐担任大理正。杜元颖行十四，他的弟弟杜元绛出任太子宾客。唐德宗贞元十六年（800年）杜元颖登进士第。唐宪宗元和元年（806年）登博学宏辞科。元和十一年（816年）复登茂才异等科。两次受辟节度使幕府。
唐宪宗时代.唐宪宗元和年间，杜元颖出任门下省左拾遗，转任太常博士，充翰林学士，元和十二年（817年），改中书省右补阙，仍充翰林学士。杜元颖写文章文辞敏捷，受到宪宗的赞赏。平定吴元济，起草诏令很多，朝廷赐给杜元颖绯鱼袋，四