Nació el 28 de febrero de 1799 en Bamberg y murió en Munich el 10 de enero de 1890. Tras haber estudiado en el Instituto y en la Universidad de Wurzburgo, recibió órdenes sagradas en 1822.
Nombrado profesor de Historia en la Universidad de Munich en 1826, publicó el mismo año su primera obra importante, La Eucaristía en los tres primeros siglos [Die Eucharistie in den ersten drei Jahrhunderten].
Colaboró en la revista Eos, portavoz de la corriente católica alemana, y en 1833 entregó a la imprenta la parte inicial de su Manual de historia de la Iglesia [Handbuch der Kirchengeschichte], cuya publicación quedó terminada en 1836. Dos años después apareció la Historia de las herejías medievales [Geschichte der mittelalterlichen Häresien] y entre 1845 y 1847 la mayor de sus obras, La Reforma, su desarrollo interno y sus efectos (v.).
Mientras tanto, Döllinger había alcanzado un lugar preeminente en la vida política y, convertido en jefe del grupo católico en el Parlamento de Francfort, propugnaba uña Iglesia católica nacional. Su oposición a la disciplina dogmática romana llegó a su punto crucial en el Concilio Vaticano.
Junto con el obispo Hefele de Rottenburg, aparte del clero prusiano y bávaro y de los ambientes académicos, rechazó el dogma de la infalibilidad pontificia. A la declaración de Munich del 25 de agosto de 1870 siguió, el 24 de septiembre de 1871, un congreso donde — contra el parecer de Döllinger, quien afirmaba no haber de enfrentarse un altar a otro — se proclamó la iglesia de los Católicos Viejos, protegida por Bismarck y con un florecimiento efímero; aunque apoyara su unión con los anglicanos y orientales, no se adhirió a ella.
Excomulgado en 1871 con sus colegas, respetó siempre la excomunión y dejó de ejercer sus funciones sacerdotales. Se le nombró rector de la Universidad de Munich y a su muerte fue enterrado según el rito de los Católicos Viejos.