Dotternhausen wurde als Doderenhusen 1064 erstmals urkundlich erwähnt, als das Kloster Ottmarsheim die Herrschaft übernahm. Spuren weisen jedoch darauf hin, dass bereits 800 n Chr. sich hier ein alemannisches Haufendorf befand. Auch ein Keltengrab aus der Zeit 600 v Chr. wurde im Rahmen von Baumaßnahmen aufgefunden.
Das Kloster Ottmarsheim war jedoch nur einer der vielen Herrscher über die Gemeinde Dotternhausen, zeitweise war der Ort sogar geteilt und wurde von verschiedenen Herren regiert. Unter ihnen die Herren von Bubenhofen (vor 1450) und der Vogt von Balingen, Hans von Stotzingen (ab 1527).
1789 während der französischen Revolution geht das Rittergut um 150.000 Gulden an die Brüder von Bissingen-Nippenburg und Dotternhausen erhielt umfassende Marktrechte. Noch heute ist dreimal im Jahr Markttag in der Gemeinde.
Nach vielen Herrschaftswechseln erwarb 1814 der Buchverleger Johann Friedrich von Cotta das Gut Dotternhausen. Er war Abgeordneter in der württembergischen Ständeversammlung und sorgte für das erste Schulhaus im Ort. Als erster Adliger in Württemberg entließ er 1817 seine Leibeigenen in die persönliche Freiheit.
Anfang des 20. Jahrhunderts vollzog sich in Dotternhausen langsam der Wechsel von der bäuerlichen Gemeinde zur Industriegemeinde. Die Eröffnung einer Trikotfabrik, der Bau des Bahnhofes und der Drahtseilbahn auf den Plettenberg für das Balinger Zementwerk begründeten den Wandel. Industrie, Handwerk und Landwirtschaft prägten im vergangenen Jahrhundert das wirtschaftliche Leben der Gemeinde.