Daimler nació el 17 de marzo de 1834 en Schorndorf, segundo hijo del posadero y maestro panadero Johannes Friedrich Däumler (1801-1875) y su esposa Wilhelmine Frederika Däumler, de soltera Festerer (1803-1864). Su casa natal es ahora un museo; un monumento cerca del Schorndorfer Rathaus (Ayuntamiento de Schorndorf) también conmemora al hijo más ilustre de la ciudad.

Tras graduarse de la escuela secundaria en 1848, Daimler se formó como armero . Completó su aprendizaje con el examen de oficial en 1852. En 1853, gracias a la mediación de Ferdinand von Steinbeis , funcionario de desarrollo económico de Württemberg , comenzó a trabajar para una empresa de fabricación de maquinaria en Graffenstaden , Alsacia . En 1857, dejó esta empresa y comenzó a estudiar ingeniería mecánica en la Polytechnischen Schule Stuttgart. Allí, se unió a la fraternidad estudiantil Corps Stauffia Stuttgart.

Tras completar sus estudios y realizar varios viajes de estudio al extranjero organizados por Steinbeis, comenzó a trabajar como ingeniero de diseño en la fábrica de Metallwarenfabrik Straub en Geislingen an der Steige en 1862. En 1865, fue nombrado director de la fábrica de maquinaria Bruderhaus en Reutlingen , fundada por Gustav Werner , donde conoció a Wilhelm Maybach . En 1867, Daimler se casó con Emma Pauline Kurtz (1843-1889), hija de un farmacéutico, con quien tuvo cinco hijos: Paul (1869-1945), Adolf (1871-1913), Emma (1873-1954), Martha (1878-1955) y Wilhelm (1881-1896).

En 1869, Daimler asumió la dirección de los talleres de la Karlsruher Maschinenbaugesellschaft . Poco después, Maybach también comenzó a trabajar en la empresa como dibujante técnico . Tres años después, Daimler se trasladó a la Gasmotorenfabrik Deutz , donde Nikolaus Otto le confió la dirección de los talleres. Maybach también se incorporó a Deutz y, en 1872, bajo la dirección de Daimler, inició la producción en serie de un motor de cuatro tiempos desarrollado por Otto. En 1875, Daimler solicitó una patente en Estados Unidos para un motor de gas mejorado . La empresa pasó de ser un pequeño taller a una compañía global.

Tras una disputa entre Daimler y Otto, Daimler abandonó Deutz AG en 1882 y fundó un taller experimental en Cannstatt. Su objetivo era desarrollar motores de combustión interna pequeños y de alta velocidad que pudieran utilizarse en cualquier lugar y propulsar todo tipo de vehículos terrestres y acuáticos. Un año después (el 16 de diciembre de 1883), solicitó la patente fundamental para un revolucionario motor monocilíndrico de cuatro tiempos mejorado , desarrollado conjuntamente con Maybach, quien trabajaba para él .

A diferencia de los motores estacionarios de cuatro tiempos a gasolina , comunes en la época, este motor funcionaba con gasolina . La gasolina líquida se vaporizaba en un carburador de flotador y se mezclaba con aire. La combustión de la mezcla comprimida en el cilindro se iniciaba mediante un sistema de ignición por tubo caliente . El motor monocilíndrico pesaba solo 60 kilogramos, tenía una cilindrada de 100 cm³ y producía aproximadamente 1/4 hp (294 W) a 600 revoluciones por minuto. Su velocidad nominal era superior a la de los motores de gasolina conocidos hasta entonces, por lo que ofrecía una potencia relativamente alta para su tamaño. La gasolina podía transportarse en un depósito, lo que hacía que el motor fuera portátil y capaz de impulsar vehículos. El tercer motor experimental, una versión mejorada que pasó a la historia de la ingeniería como el «reloj de pie», ya producía alrededor de 1 hp (735 W) a 600 rpm . Daimler recibió la patente imperial n.º 34926 por este diseño el 3 de abril de 1885.

Otro invento de Daimler y Maybach fue el « Reitwagen » (automóvil de paseo), construido en 1885, la primera motocicleta con motor de gasolina (½ CV).  Posteriormente, se instaló el motor de gasolina en una embarcación de seis metros de eslora.

En octubre de 1886, Daimler y Maybach instalaron el motor del reloj de pie en un automóvil construido por Wilhelm Wimpff . La opinión, aún vigente, de que Siegfried Marcus , de Mecklemburgo, residente en Viena, se había adelantado a Carl Benz ( autocar Benz Patent-Motorwagen número 1 de tres ruedas , 1885) y a Daimler en 1875 es incorrecta. En 1887, Daimler instaló un motor en un tranvía de exhibición . Poco después, Daimler construyó un camión y una draisiana con un motor en V de dos cilindros (1888).

Para comercializar los motores que había desarrollado, Daimler encargó a Maybach el diseño de un automóvil entre 1886 y 1889 , que se presentó en la Exposición Universal de París de 1889. Bajo el nombre de «Motor-Quadricycle» —también llamado automóvil con ruedas de acero— , Daimler y Maybach desarrollaron su primer vehículo completamente independiente con una potencia de motor de 1,5 CV y ​​una velocidad máxima de 18 km/h. El chasis tubular fue fabricado por el fabricante de bicicletas NSU .

En 1887, Daimler construyó una fábrica en Cannstatt y en 1888 equipó la góndola de un globo aerostático con su motor. Esto dio como resultado uno de los primeros dirigibles . El 10 de agosto de 1888, Michael, compañero de Friedrich Hermann Wölfert , despegó de la fábrica de Daimler en la colina Seelberg de Cannstatt con destino a Aldingen .

En el 13.º Deutschen Feuerwehrtag (Día de los Bomberos Alemanes) (28-30 de julio de 1888) en Hannover, presentó la primera bomba de incendios motorizada del mundo . Las bombas de incendios son las sucesoras de las antiguas bombas de incendios , que aún funcionaban manualmente . El dispositivo de Daimler, con su motor de dos cilindros, desarrollaba 4 CV. El 29 de julio de 1888, recibió la patente número 46779 de la Oficina Imperial de Patentes por una «bomba de incendios motorizada » . 

En 1890, la empresa atravesó dificultades debido a las insuficientes ventas de vehículos. Para reestructurar el negocio, Daimler fundó la Daimler-Motoren-Gesellschaft (Compañía Automotriz Daimler) , en la que él, Wilhelm Maybach y los empresarios Max Duttenhofer y Wilhelm Lorenz fueron socios. Debido a desacuerdos con Lorenz, Daimler abandonó la empresa en 1893. Mientras tanto, en 1892, él y Maybach habían desarrollado el primer motor bicilíndrico en línea.

Tras la muerte de su primera esposa, Emma, ​​en 1889, se casó con la viuda Lina Hartmann, de soltera Schwend (1855-1932), en 1893, con quien tuvo dos hijos: Gottlieb (1894-1916) y Emilie (1897-1973).

Gracias al apoyo del empresario británico Frederick R. Simms , quien solo adquiriría los derechos del motor Phoenix si Daimler regresaba a la Daimler-Motoren-Gesellschaft, Daimler volvió a ser accionista en 1894/1895 y, finalmente, presidente del consejo de supervisión . En 1899, encargó a Maybach la construcción del coche de carreras, que se bautizó como Mercédès Jellinek en honor a la hija del cliente austriaco, el comerciante y cónsul general Emil Jellinek .

Gottlieb Daimler falleció en Cannstatt el 6 de marzo de 1900 y fue enterrado allí, en el cementerio de Uff . Dejó a su familia aproximadamente una cuarta parte del capital social de la Daimler-Motoren-Gesellschaft (Compañía Automotriz Daimler). Daimler había malversado los derechos de licencia de Francia, y Duttenhofer, ante la amenaza de un escándalo, persuadió a la familia para que renunciara a todos sus derechos de gestión. Poco después, se aprobó un aumento de capital que relegó a la familia Daimler al papel de accionista minoritario en la Daimler-Motoren-Gesellschaft, eliminando así cualquier influencia adicional en su desarrollo.

En 1926, Daimler-Motoren-Gesellschaft se fusionó con la empresa Benz & Cie. de Carl Benz para formar Daimler-Benz AG .

La marca Mercedes, que se convirtió en Mercedes-Benz en 1926 , sirvió, entre otras cosas, para sortear las dificultades legales que presentaba la marca Daimler en el extranjero, ya que otras empresas habían adquirido licencias para los motores Daimler y los vehículos que los utilizaban. La británica Daimler Motor Company, en particular , tuvo un gran éxito durante décadas, fue adquirida por Jaguar en 1960 y, en la década de 1970, también ofreció una limusina con motor V12, el Daimler Double Six . Esto dio lugar a la confusa situación de que, desde 1989, Ford poseía los derechos de la marca Daimler , que posteriormente vendió al conglomerado indio Tata el 26 de marzo de 2008. Según el periódico WAZ , Tata consideró la posibilidad de relanzar la marca Daimler.

Con motivo del cambio de nombre de DaimlerChrysler AG a Daimler AG el 4 de octubre de 2007, el director ejecutivo de Daimler, Dieter Zetsche, anunció que la compañía había pagado a Ford Motor Company 20 millones de dólares (aproximadamente 14 millones de euros) por la marca Daimler . El acuerdo estipulaba que Daimler AG solo podía usar el nombre como marca registrada o nombre comercial ; no se habían transferido derechos permanentes sobre el nombre. El 1 de febrero de 2022, Daimler AG pasó a llamarse Mercedes-Benz Group AG .

En Gran Bretaña, los sedanes de lujo se fabricaron bajo la marca Daimler hasta 2009 , principalmente como variantes de modelos Jaguar a partir de 1960, como el Daimler 250 V8 o el Daimler Double Six . Hasta finales de la década de 1960, la marca Daimler era la preferida de la familia real británica. Cuando la reina británica llegaba en un coche de lujo con un maletero corto e inclinado, solía tratarse de un sedán Daimler , no —como cabría suponer— de un Rolls-Royce o un Bentley .