Fretheim har mellomfag i sosialantropologi (1996) og historie (1999) fra Universitetet i Oslo og tok embetseksamen i teologi ved MF i 1996. Senere arbeidet Fretheim i Presteforeningen, Høgskolen i Sør-Trøndelag, Kirkens Nødhjelp og som kvalifiseringsstipendiat ved Senter for utvikling og miljø (SUM)/Etikkprogrammet ved Universitetet i Oslo. Han var doktorgradsstipendiat ved MF i perioden 2004–2007 og disputerte i 2007 med avhandlingen . Etter å ha arbeidet som forsker ved Senter for Interkulturell kommunikasjon (2008-2009) i Stavanger, begynte Fretheim i 2009 som førsteamanuensis i samfunnsfag ved MF (Det teologiske menighetsfakultet). Han ble professor i diakoni og etikk ved MF i 2013 og har vært visiting professor ved York St. John University i England siden 2014. Han begynte som prorektor ved MF i 2017.