Nacida en Kolding, Dorotea era la hija menor del rey Cristián III de Dinamarca y de Dorotea de Sajonia-Lauenburgo. Contrajo matrimonio con Guillermo de Brunswick-Luneburgo el 12 de octubre de 1561.^[1]​

Cuando su marido murió en 1592, se convirtió en regente de su hijo menor de edad, Jorge. Tenía una profunda desconfianza de los consejeros a causa de su mala gestión con las propiedades de su marido durante su locura. Dorotea fue conocida como una regente capaz y enérgica.

Murió en Celle a la edad de 70 años.

De su matrimonio nacieron los siguientes hijos:^[2]​

1. Sofía (30 de octubre de 1563-14 de enero de 1639), se casó con el margrave Jorge Federico de Brandeburgo-Ansbach.
2. Ernesto (31 de diciembre de 1564-2 de marzo de 1611).
3. Isabel (19 de octubre de 1565-17 de julio de 1621), casada con Federico, conde de Hohenlohe-Langenburg.
4. Cristián (19 de noviembre de 1566-8 de noviembre de 1633).
5. Augusto (18 de noviembre de 1568-1 de octubre de 1636).
6. Dorotea (1 de enero de 1570-15 de agosto de 1649), casada con Carlos, conde palatino de Birkenfeld.
7. Clara (16 de enero de 1571-18 de julio de 1658), se casó con Guillermo, conde de Schwarzburg-Blankenburg.
8. Ana (22 de marzo de 1572-5 de febrero de 1601).
9. Margarita (6 de abril de 1573-7 de agosto de 1643), casada con Juan Casimiro de Sajonia-Coburgo.
10. Federico (28 de agosto de 1574-10 de diciembre de 1648).
11. María (21 de octubre de 1575-8 de agosto de 1610).
12. Magnus (30 de agosto de 1577-10 de febrero de 1632).
13. Jorge (17 de febrero de 1582-12 de abril de 1641).
14. Juan (23 de junio de 1583-27 de noviembre de 1628).
15. Sibila (3 de junio de 1584-5 de agosto de 1652), casada con Julio Ernesto de Brunswick-Dannenberg.