Almanya’da, Köln yakınlarındaki Kerpen’de dünyaya geldi (1803). 1815 yılında başladığı Köln’deki lise eğitimi sırasında, klasik filoloji derslerini takip etti. Berlin’deki Friedrich-Wilhelms Üniversitesinin Edebiyat Fakültesi’nde, yükseköğrenimini tamamladı (1823-1827). Üniversitede felsefe, tarih, filoloji, arkeoloji ve sanat tarihi eğitimi alan Dethier, mezuniyetinin ardından Paris’e yerleşti. Bir süre sonra Almanya’ya dönerek öğretmenlik yapmaya başladı. Dethier, ilk bilimsel çalışmalarını Alman tarihi ve eski eserleri üzerine gerçekleştirdi; 1832’den itibaren bazı kitap ve makaleleri yayımlandı. Polonya Kralları üzerine hazırladığı tarih tezi ile doktor unvanını aldı (1841). Aynı zamanda evlendiği yıl olan 1844’te, muhtemelen ekonomik sebeplerden dolayı, Der Dampfer adında, buharlı kara ve deniz taşıtları konularında teknik bilgiler veren bir derginin editörlüğünü üstlendi. 31. 03. 1847’ye kadar sürdürdüğü bu görevinden kısa bir süre sonra, 1848 civarında, kendisine Avusturya Lisesi’nin müdürlüğünün teklif edilmesi üzerine, hayatının geri kalanını geçireceği İstanbul’a yerleşti.

Dethier İstanbul’da, Ortaçağ tarihi araştırmaları için geniş bir çalışma alanı buldu. Uzun yıllar süren araştırmaları sonucunda, Antik Yunan, Roma ve Bizans dönemlerine ait tarihi, anıtları, yerleşimleri, epigrafisi ve eski paraları (nümismatik) gibi pek çok konuda çalışmalar gerçekleştirdi. Çalışmaları sonucunda yayınladığı kitaplarının yanında, Avusturya Bilimler Akademisi ve İstanbul Rum Edebiyat Cemiyeti (Hellenikos Philologikos Syllogos) yıllıkları başta olmak üzere, pek çok dergi ve gazetede makaleleri yayımlandı. Dethier’in çalışmaları arasında İstanbul anıtlarının yazıtlarına yönelik olanlar, geniş bir yer tutmaktadır. Bu alanda, 1856 yılında O. Frick ile birlikte ortaya çıkardığı, Sultanahmet Meydanı’ndaki Yılanlı (Burmalı) Sütun’un yazıtlarının yayınlamasıyla başlayan süreç, 1964’te Viyana’da basılan, Epigraphik von Byzantion und Constantinopolis (Bizans ve Konstantinopolis Epigrafisi) başlıklı kitabı ile zirveye ulaştı. A. David Mordtmann ile birlikte hazırladığı ve içinde kendisinin daha önceki çalışmalarının da yer aldığı bu kitap, bazı anıtların ayrıntılı tarihini de içeren 62 maddeden oluşmaktadır.

Dethier’in çizim konusunda da oldukça yetenekli olduğu bilinmektedir. 1867 yılındaki Paris Milletlerarası Sergisi’nde teşhir edilen Osmanlı koleksiyonu arasında, kendisinin İstanbul’un Bizans anıtlarına dair beş çizimi de yer almaktaydı. Dethier aynı yıl, Yeni Arkeolojik Keşifler adıyla İstanbul’da, Fransızca olarak bir kitap yayımladı; fakat beş maddeden oluşan bu küçük eser, gerek içeriği gerekse ileri sürdüğü dayanaksız hipotezleri nedeniyle çokça eleştirildi. Topkapı Sarayı’ndaki Bizans el yazmalarını da detaylı bir biçimde inceleyen Dethier, bunlardan hareketle, Fatih Sultan Mehmed’in fetih sırasında karadan gemileri yürütmesi, Osmanlı savaş teknikleri ve sonradan ortadan kalkmış olan bazı Bizans anıtları hakkında önemli bilimsel makaleler kaleme aldı. Dethier, Bizans el yazmaları arasında keşfettiği Kritovulos tarihini temel alarak, İstanbul’un fethinin kaynaklarına dair tarihçi Karl Hopf ile birlikte hazırladığı derleme çalışması, ilginç bir şekilde, 1872 yılında Macar Bilimler Akademisi’nin kronolojik Macar Tarihi serisi içinde, 11. ve 12. ciltler olarak basıldı. Fakat önce Kritovulos tarihi C. Müller tarafından yayımladı, ardından da editöryal bazı gerekçelerle bu önemli çalışmanın baskısı durduruldu. Hazır olan nüshalar da satışa çıkarılmadı. Dethier’in bu durumdan büyük üzüntü duyduğu hatta sağlığının bozulduğu ifade edildi.

Dethier, İstanbul özelinde yaptığı çalışmaların da etkisiyle, 1872 yılının Ağustos ayında Osmanlı müzesinin müdürlüğüne tayin edildi. Harbiye silah ambarı olarak kullanılan Topkapı Sarayı avlusundaki Aya İrini Kilisesi’nde, 1845 yılından itibaren toplanmaya başlanan eserlerin çekirdeğini oluşturduğu, 1869’dan beri de Müze-i Hümâyun olarak adlandırılan arkeoloji müzesinin başına geçtiğinde Dethier, 68 yaşını geride bırakmış durumdaydı. Yine de ölümüne kadar sürdürdüğü görevi süresince, dağınık halde bulunan müze eserlerini belirli bir düzene koydu.Bizzat kendi getirdiği ve devletin çeşitli yerlerinden toplattığı eski eserlerle müze koleksiyonunu zenginleştirmeye gayret etti. Onun zamanında artan eserlerle mevcut binanın kâfi gelememesi üzerine, müze Çinili Köşk’e nakledildi. 1874 yılında, eski eser kaçakçılığını önleyecek hükümler getirememesi gibi temel eksikliğine rağmen, ilk Eski Eserler Kanunu (Âsâr-ı Atîka Nizamnâmesi) yürürlüğe kondu. Aynı tarihlerde, eski eserlerin tespiti ve korunmasına yönelik uzman yetiştirilmesi için İzzeddinye adında bir arkeoloji okulu açılması da planlandı; fakat maddi sıkıntılar ve Rus Harbi’nin baş göstermesi üzerine, Dethier’in öncülük ettiği bu önemli proje hayata geçirilemedi.

Dethier’in müzecilik çalışmaları, halefi Osman Hamdi Bey’in elde ettiği başarıların yanında sönük kaldı. Ancak Türk müzeciliğinin kuruluş evresinde gösterdiği çabalar takdir edildi. 1880 yılından itibaren bir dizi hastalıkla mücadele ettiği ve bu sırada maddi sıkıntıya da düştüğü anlaşılan Dr. Philipp Anton Dethier, 03. 03. 1881’de Beyoğlu’ndaki evinde vefat etti, cenazesi 5 Mart’ta, Feriköy Katolik Mezarlığı’na defnedildi.

Dethier, müze müdürlüğü zamanında da bilimsel çalışmalarına devam etti. Müdürlüğe tayininden kısa bir süre sonra, 1873 Viyana Milletlerarası Sergisi için görevlendirilmesi üzerine, Der Bosphor und Constantinople (Boğaziçi ve İstanbul) adında bir kitap hazırladı. Aynı yıl Viyana’da, Almanca ve Fransızca olarak basılan bu eser, Batı dünyasına İstanbul’u tanıtmak amacıyla kaleme alınan bir rehber niteliğindedir. Kitap, İstanbul tarihi ve anıtları hakkında derli toplu genel bilgiler ihtiva etmesi, kullanışlılığı ve en önemlisi, yıllarını İstanbul araştırmalarına adamış bir bilim adamının elinden çıkmış olması bakımından değer taşımakta ve İstanbul üzerine yazılan klasik eserlerden biri olarak kabul edilmektedir.

Dethier, beş ana başlık altında topladığı kitabın giriş bölümünde, Boğaz’ın önemi ve mitolojisine değinerek Byzas sözcüğünün etimolojisinden hareketle, kentin ilk sakinlerinin doğu kökenli oldukları yönünde, -sonradan da kabul görmeyecek- ilginç bir iddia ortaya atmaktadır. Genel topografya başlığı altındaki ikinci bölümde, Haliç’in ve asıl İstanbul’u oluşturan tarihi yarımadanın sınırları çizilmiş, İstanbul’un yedi tepesi, kara surlarının tarihçesi, yolları ve XIX. yüzyıl İstanbul’unun ulaşım ağı hakkında bilgiler verilmektedir. Ayrıca Galata ve Pera’dan başlayarak Boğaz’ın Avrupa yakası ve Haliç kıyılarındaki belli başlı yerleşimlerin konumları belirtilmektedir. Diğer bölüm, kentin MÖ VI. yüzyıldan, İstanbul’un fethini de içine alacak şekilde, XIV. yüzyıla kadarki kısa tarihinden oluşmaktadır. Bu bölümde Kontantinapolis’in MS 330’daki kuruluşu ve Türkler tarafından fethi gibi kent tarihinin önemli dönüm noktalarında gerçekleştirilen imar faaliyetleri hakkında genel bilgiler verilmektedir.

Kitabın esas bölümü, Ayrıntılı Topografya başlığı altında İstanbul’un bazı tarihi anıtlarının tanıtıldığı dördüncü bölümdür. Anıtların kısa fakat bilimsel tanımları ile tarihçesinin aktarıldığı bu bölümde, Topkapı Sarayı, Küçük ve Büyük Ayasofya ile bazı selâtin camileri, türbeler, Kapalıçarşı ve Mısır Çarşısı üzerinden İstanbul’un çarşı ve pazarları, Hipodrom ve çevresi ile birkaç anıtla sınırlı Bizans eserleri tanıtılmaktadır. Yine bu bölümde İstanbul’un sur kapıları, çevresinde yer alan Bizans semtleri ve önemli anıtlarıyla birlikte, okuyucuya aktarılmaktadır. Kitabın son bölümünde Haliç ve Boğaz kıyılarındaki semtler ile Adalar tanıtılmaktadır.

Dethier’in yer yer şiirsel bir dille kaleme aldığı kitabında, dönemin çoğu oryantalist yazarları ve seyyahlarının başvurduğu Doğu’yu aşılama çabasından hiç eser yoktur. Asıl ilgi ve çalışma alanı Antik ve Bizans dönemlerinin eserleri olmasına rağmen, Osmanlı mimarisinin gelişimi ve genel özellikleri hakkında da yeterli birikime sahip olduğu görülmektedir. Dethier’e göre Türk mimarisi, kendi geleneklerini ve üslûbunu yansıttığı oranda değerlidir. 1981 yılında Kepen’de ikinci kez, Dethier’in bibliyografyası da eklenerek tıpkıbasımı yayınlanan bu önemli eser, Türkiye’de de Semavi Eyice tarafından kaleme alınan bir giriş yazısı ilavesiyle, 1993 yılında Türkçeye çevrildi.