Dohrmann begynte sitt politiske virke i Dansk Folkepartis Ungdom. Han var valgt til Folketinget fra Vejle amtskrets 2001–2007, etter å ha blitt nominert fra Juelsminde og Kolding kretser. Etter strukturreformen var han valgt til Folketinget fra Sydjyllands storkrets 2007–2014, etter å ha blitt nominert fra Sønderborg krets. Dohrmann var partiets miljøvernpolitiske ordfører, og ledet Folketingets matvare-, landbruks- og fiskeriutvalg 2007–2009. Han var medlem av Vamdrup kommunestyre 2001–2006 og etter kommunesammenslåingen medlem av Kolding kommunestyre 2006–2014. Som medlem av Europaparlamentet 2014–2019 var han medlem av komiteen for miljøvern, folkehelse og matsikkerhet og tilsluttet Alliansen av konservative og reformatorer i Europa. Han stilte ikke til gjenvalg til Europaparlamentet i 2019, og trakk seg tilbake fra politikken.