Dottenheim wurde 744 erstmals urkundlich erwähnt. Vorübergehend war es ein freies Reichsdorf. Nach Aufhebung der Reichsunmittelbarkeit kam der Ort um 1300 zum Haus Hohenlohe, anschließend zur Reichsstadt Rothenburg ob der Tauberund 1525 zum Fürstentum Ansbach. Trotz der Einführung der Reformation in der Region ab 1528, wurde noch 1535 und 1540 das katholische Fronleichnamsfest in Dottenheim gefeiert. Im Dreißigjährigen Krieg, in welchem im Oktober 1621 eine von dem Oberstleutnant Muffel gezogene Reiterlinie (zum Schutz der kriegswichtigen Orte Birkenfeld, mit seinem Gestüt, und Neustadt) vor den in das Gebiet eingedrungenen Söldnertruppen ihre Befehlsstelle hatte, wurde das gesamte Dorf zerstört. Zudem starben 30 Menschen an der „Pest“. Im Jahr 1641 befanden sich von ursprünglich 130 Mannschaften (selbständigen Haushalten) noch neun in Dottenheim. Nach dem Krieg wurde der Ort durch protestantische Glaubensvertriebene aus Österreich östlich der Kirche wieder aufgebaut.
Gegen Ende des 18. Jahrhunderts gab es in Dottenheim 57 Haushalte. Das Hochgericht übte das brandenburg-bayreuthische Vogtamt Lenkersheim aus. Die Dorf- und Gemeindeherrschaft hatte das Kastenamt Ipsheim inne. Die einzelnen Anwesen unterstanden unterschiedlichen Grundherren: 48 Anwesen dem Fürstentum Bayreuth (Kastenamt Ipsheim: 39, Klosteramt Birkenfeld: 4, Vogtamt Altheim: 5), 4 dem Spital Neustadt an der Aisch, 1 der Pfarrei Ipsheim, 3 der Reichsstadt Windsheim und 1 dem Rittergut Ullstadt unterstanden.
1810 kam Dottenheim zum neuen Königreich Bayern. Im Rahmen des Gemeindeedikts wurde es dem 1811 gebildeten Steuerdistrikt Altheim zugeordnet. 1817 wurde die Ruralgemeinde Altheim gebildet, zu der auch Dottenheim gehörte. Mit dem Zweiten Gemeindeedikt (1818) löste es sich von ihr und bildete eine eigene Ruralgemeinde. Diese unterstand in Verwaltung und Gerichtsbarkeit dem Landgericht Windsheim und in der Finanzverwaltung dem Rentamt Ipsheim. Die freiwillige Gerichtsbarkeit und die Polizei für ein Anwesen hatte bis 1848 das Patrimonialgericht Ullstadt inne. Ab 1862 war das Bezirksamt Uffenheim (1938 in Landkreis Uffenheim umbenannt) und ab 1856 das Rentamt Windsheim (1920 in Finanzamt Windsheim umbenannt) für Dottenheim zuständig. Die Gerichtsbarkeit blieb bis 1879 beim Landgericht Windsheim, ab 1880 Amtsgericht Windsheim. Die Gemeinde hatte eine Gebietsfläche von 6,032 km².
Am 1. Juli 1972 wurde Dottenheim im Zuge der Gebietsreform nach Dietersheim eingemeindet.