Ingresó a la Universidad de Múnich, para cursar estudios Universitarios, y obtuvo un doctorado en 1860, con una tesis que se convirtió en el primer estudio biogeográfico que se conoce.
Envió duplicados de especímenes a August Grisebach, con los se confeccionaron los primeros tratados de botánica sistemática del país publicando Symbolae ad floram argentinae, en 1879.
Su ayudante Jorge Hieronymus reemplazó a Lorentz cuando este dejó la Cátedra de Botánica, siendo un destacado botánico de larga trayectoria en el país.
En 1879, participó como expedicionario científico en la "Expedición al Río Negro", comandada por Julio Argentino Roca junto a Adolfo Doering, La Conquista del Desierto.
En su honor lleva su nombre el Jardín botánico Parque Botánico Andino „Paul Günther Lorentz“ en la Reserva de biosfera Laguna Blanca, provincia de Catamarca, Argentina.