Батьком Додерера був віденський архітектор та інженер Вільгельм Карл фон Додерер, матір'ю — Вільгельміна (Віллі) Додерер (дівоче прізвище — Гюґель). Аристократичний титул у 1877 році був одержав дідусь Додерера Карл Вільгельм Крістіан риттер фон Додерер (1825—1900). Гайміто фон Додерер народився 5 вересня 1896 року в домі лісника неподалік від Гадерсдорф-Вайдлінгау, де тимчасово мешкала його родина, оскільки батько займався там регуляцією віденських річок. Будинок не зберігся, нині на його місці — пам'ятний камінь.
1902 року Додерер пішов до школи (нім. Übungsschule der k.k. Lehrerbildungsanstalt), що знаходилася на вулиці Зофієнбрюкенґассе, потім відвідував гімназію, розташовану в цьому ж будинку. Влітку 1903 року родина переїхала до літнього маєтку Ріґельгоф у Прайн-ан-дер-Раксі. Пізніше Додерер часто бував у цьому домі під час літніх вакацій. У початковій школі й гімназії Додерер був посереднім учнем.
1914 року поступив на юридичний факультет Віденського університету, в 1915 році був мобілізований до австрійської армії, де служив у драгунському полку. У 1916 році воював на Галицькому фронті як піхотинець, його полк який час розташовувався неподалік Чернівців. 12 липня того ж року потрапив у російський полон. Був відправлений разом з іншими полоненими у табір "Красная речка" під Хабаровськом. У таборі Додерер вирішив стати письменником, тут він написав свої перші тексти, що були пізніше опубліковані під заголовком "Сибірська ясність". Внаслідок Брест-литовського договору Додерер був звільнений з табору й потягом добирався додому, але зміг доїхати лише до Самари. Оскільки далі просуватися було неможливо, він вирішив повернутися назад до Сибіру. У Новосибірську разом з іншими австрійцями знову опинився в таборі. Звільнився й повернувся до Відня в 1920 році.
1920 року продовжив навчання у Віденському університеті, але полишив право й узявся вивчати історію й психологію. Студіюючи історію, цікавився насамперед епохою середньовіччя та історією Відня. У цей час почав публікувати статті, писав вірші й працював на своїм першим романом.
1923 року дебютував книгою віршів "Вулиці та картини", публікувався в численних газетах Відня. В 1925 році здобув докторський ступінь з історії. 1927 року покінчила життя самогубством сестра Додерера Гельґа, цього ж року Додерер одружився з Ґусті Гастерлінк. 1929 року почав роботу над романом Товсті панії (нім. Dicke Damen), який дописав вже після війни й опублікував під назвою "Демони".
1 квітня 1933 року вступив до націонал-соціалістичної партії. 1936 року переїхав до Німеччини, де поселився в Дахау. Про концентраційний табір, що там знаходився, не залишив у своїх щоденниках жодних згадок. Проте саме 1936 року почав дистанціюватися від нацизму. 1938 року з'явився його перший роман "Убивство, яке здійснює кожен" у престижному німецькому видавництві C.H.Beck. У 1940 році навернувся до католицизму. Мобілізований в авіацію, відправлений до Франції. 1942 року потрапив на східний фронт під Курськом. Страждав від жорстоких нападів невралгії. 1945 року опинився у полоні в Норвегії.
1946 року повернувся до Лінца, а потім того ж року — до Відня. На п'ять років був відсторонений від професійної діяльності через приналежність до нацистської партії. 1948 року завершив роман "Штрудльгофські сходи", але зміг опублікувати його лише в 1951 році. Роман приніс йому відомість, яка стала ще більшою після публікації в 1956 році "Демонів". 1962 року опублікував гротескний роман "Меровінги", а 1963 року — першу частину тетралогії "Роман № 7" "Слуньські водоспади".
Могила Додерера на Ґрінціндорському кладовищі у Відні.
Помер 23 грудня 1966 року від раку шлунку. Похований на віденському Ґрінціндорському кладовищі.
Друга незавершена частина "Роману № 7" була опублікована посмертно в 1967 році під назвою "Межовий ліс".