Шломо Дов (Фриц) Гойтейн родился в Бургунштадте в южной Германии. Его отец, доктор наук Эдвард Гойтейн, был уроженцем Венгрии и принадлежал к семье потомственных раввинов. Фамилия Гойтейн предположительно связана с г. Kojetin (англ.) в Моравии, откуда семья была родом.
Он получил как светское, так и религиозное образование.
В 1914 году его отец умер, и семья переехала в г. Франкфурт-на-Майне, где он закончил своё обучение в школе и университете..
В течение 1918—1923 годов он изучал арабский язык и Ислам во Франкфуртском университете, параллельно продолжая религиозное образование с частным преподавателем, был лидером сионистского молодёжного движения.
В 1923 году, вместе с Гершомом Шолемом, он совершил алию в Палестину.
В течение 4-х лет он жил и преподавал в Хайфе, пока не был приглашен в качестве преподавателя в Еврейский университет в Иерусалиме, созданный двумя годами раньше.
В Иерусалиме он женился на Терезе Готтлиб (1900—1987 гг.), преподавателе ритмической гимнастики, сочинявшей песни и игры для детей. У них было трое детей: Аяла, Офра и Элон.
В 1957 году Гойтейн был приглашен в Пенсильванский университет в Филадельфию (США) в качестве профессора арабского языка, и занимал этот пост до 1970 года.
Он продолжил свои исследования в Институте перспективных исследований в Принстоне.Гойтейн умер 6 февраля 1985 года, в день, когда он отправил в печать последнюю часть 5-го тома его труда «Средиземноморское общество» .