Dehmelt Berlin'de büyümüş, 1940 yılında orduya yazılmış ve Stalingrad Muharebesi'ne katılmıştır. Daha sonra askeri eğitim programı çerçevesinde Wrocław Üniversitesi'nde fizik okumuştur. 1944 yılında tekrar savaşa gönderilmiş, Batı Cephesi'nde Ardenler Taarruzu sırasında Amerikalı askerler tarafından esir alınmıştır. 1946 yılında serbest kaldıktan sonra eğitimini Göttingen Üniversitesi'nde sürdürmüş ve 1948 yılında diplomasını almıştır. ABD'den aldığı davet üzerine 1952 yılında Washington Üniversitesi'ne geçmiş ve burada 1961 yılında profesör olmuştur. Dehmelt 2002 yılında emekliye ayrılmıştır.