Döderlein era hijo de un médico militar.

En 1888, Döderlein comenzó a desempeñarse como profesor en Leipzig y en 1897, recibió una invitación por parte de la Universidad de Groningen, pero en ese mismo año, Döderlein fue profesor en la Universidad de Tubinga.

A partir de 1918 se involucró en la Münchner Kommission zur Beratung von Fragen der Erhaltung und Vermehrung der Volkskraft (Comisión de Múnich para la Consulta sobre Cuestiones de Preservación y Aumento del Poder Popular), una comisión con sede en Múnich y cuyo papel era debatir formas de preservar y aumentar la fuerza de la población.

Después de la toma del poder por los nacionalsocialistas y la aprobación de la ley de esterilización forzosa, Döderlein escribió los procedimientos legales oficiales para revisar la esterilización de las mujeres en el comentario jurídico oficial Die Eingriffe zur Unfruchtbarmachung der Frau (Intervenciones para dejar estériles a las mujeres).

[2]​ Su nombre está asociado al "bacilo vaginal de Döderlein" o simplemente "bacilo de Döderlein", una bacteria grampositiva que él describió primero en 1892.