Mindestens 28 Musiker haben in der 50-jährigen Karriere der Band als „Doobie Brother“ gespielt. Die ersten Mitglieder waren natürlich Johnston, Simmons, Hartman und Shogren. In den 1970er Jahren trugen Tiran Porter, Keith Knudsen und Jeff „Skunk“ Baxter zu Auftritten und Alben bei. Die Doobie Brothers fügten um diese Zeit auch einen zweiten Schlagzeuger hinzu, für den sie bekannt wurden — der erste war Michael Hossack.,

Einer der Roadies der Band, Bobby LaKind, wurde 1977 sogar als Perkussionist und Background-Sänger nach Ultimate Classic Rock in die Besetzung aufgenommen. Michael McDonald trat auch in dieser Zeit, mit ihm Erfahrung als ehemaliger Backup-Sänger und Keyboarder für Steely Dan zu bringen. McDonald wurde in den späten 1970er Jahren sogar zum Mittelpunkt der Band und schrieb sechs Songs auf dem Album von 1978 Minute für Minute.

John McFee, ein Multiinstrumentalist der Band Clover, trat Ende der 70er Jahre zusammen mit Willie Weeks in die Besetzung ein., Das „finale“ – Konzert der Doobie Brothers fand im September 1982 statt, und die ursprünglichen Mitglieder Johnston und Hartman kehrten mit ihren neuen Brüdern noch einmal auf die Bühne zurück.