Buchholz ha iniziato a studiare fisica all'Università di Hannover nel 1963. Dopo essersi laureato[1] nel 1965, si è trasferito ad Amburgo per continuare gli studi, ottenendo la laurea di secondo livello nel 1968.[2] Successivamente ha proseguito gli studi di dottorato ad Amburgo e dal 1970 e il 1971 è stato in visita all'Università della Pennsylvania. Dopo aver conseguito il dottorato in fisica all'Università di Amburgo nel 1973 sotto la supervisione di Rudolf Haag,[3] ha continuato a lavorare come assistente di ricerca. Il tempo ad Amburgo è stato interrotto da diversi soggiorni in centri di ricerca all'estero: dal 1974 al 1975 si è trasferito al CERN e dal 1978 al 1979 ha ottenuto una borsa di studio Max Kade presso l'Università della California - Berkeley. Nel 1977 ha ottenuto l'abilitazione tedesca ad Amburgo e nel 1979 è diventato professore. Nel 1997 si è trasferito all'Università di Göttingen, dove è rimasto fino alla pensione nel 2010. Attualmente continua ad essere attivo nella ricerca come professore emerito.[4]
Buchholz ha contribuito alla fisica quantistica relativistica e alla teoria quantistica dei campi, specialmente nell'area della sua formulazione algebrica.[5] Utilizzando i metodi della teoria di Tomita-Takesaki ha ottenuto la proprietà di divisione dalle condizioni di nuclearità, un risultato importante sulla località della teoria.[6] I suoi contributi includono il concetto di infraparticelle.[7]
Nel 1977 Detlev Buchholz ha vinto, insieme a Gert Strobl, il premio per la fisica della German Physical Society (oggi conosciuto come premio Gustav-Hertz)[8] e nel 1979, il premio per la fisica dell'Accademia delle scienze di Gottinga.[9] Nel 1995 Buchholz ha ricevuto il Japanese-German Research Award della Società Giapponese per la Promozione della Scienza e della Fondazione Alexander von Humboldt.[10] Nel 1998 è stato invitato a tenere una conferenza al Congresso internazionale dei matematici a Berlino.[11] Buchholz è stato caporedattore della rivista scientifica di fisica matematica Reviews in Mathematical Physics.[12] Nel 2008 ha ricevuto la medaglia Max Planck per i contributi eccezionali alla teoria quantistica dei campi.[13]
(DE) Detlev Buchholz, Quantenfeldtheorie ohne Felder, in Physik Journal, vol. 7, n. 8/9, 2008, pp. 45-50. (Articolo sulla vincita della medaglia Max Planck.)
(EN) Detlev Buchholz, Algebraic Quantum Field Theory: A Status Report, 13th International Congress in Mathematical Physics (ICMP 2000), July 2000, pp. 1-18, arXiv:math-ph/0011044.
^(EN) Buchholz Detlev e Stephen S. Summers, Two-Dimensional Models, in Scattering in Relativistic Quantum Field Theory: Fundamental Concepts and Tools, Academic Press, 2006, pp. 456–465, DOI:10.1016/B0-12-512666-2/00018-3, ISBN978-0-12-512666-3.