Родился 23 мая 1924 года в Бамберге старшим из трёх детей в семье дровосека Карла Дешнера. Его мать Маргарета Кароляйне (урожденная Райсшбёк — нем. Reischböck) выросла во Франконии и Нижней Баварии. Оба родителя были католиками, хотя мать когда-то перешла из протестантизма.
С 1924 по 1964 год жил в бывшем охотничьем домике князей-епископов Вюрцбургского княжества-епископства в Штейгервальде, а затем в течение двух лет в загородном доме своего друга в Фишбрунне (близ Херсбрука и Франконских Альб).
В 1929—1933 годы учился в начальной школе в Троссефурте (вблизи Вюрцбурга). Затем перешёл в семинарию при францисканском монастыре в Деттельбахе. Здесь он сначала жил в семье своего крёстного отца и покровителя, члена Духовного совета священника Леопольда Бауманна, а затем в самом монастыре. В 1934—1942 годах учился и жил в Бамберге в гимназии Alte, Neue and Deutsche Gymnasium вместе с кармелитами и религиозными сёстрами из Конгрегации Иисуса.
В 1942 году сдал выпускные экзамены и как и остальные одноклассники пошёл служить волонтёром в Вермахт. До капитуляции Германии служил солдатом, а затем десантником. Был несколько раз ранен.
В 1946—1947 годы учился в Мюнхенском университете, где слушал лекции по юриспруденции, богословию, философии и психологии.
В 1947—1951 годы в Вюрцбургском университете изучал современное немецкое литературоведение, философию и историю.
В 1951 году защитил диссертацию по теме «Поэзия Ленау как выражение метафизического отчаяния» и получил академическую степень доктора философии (нем. Doktor der Philosophie; Dr. phil).
В 1951 году женился на протестантке Эльфи Тух, от брака с которой родилось трое детей — Катя (род. 1951), Барбель (род. 1958) и Томас (1959—1984). Из-за этого брака епископ Вюрцберга отлучил Дешнера от церкви.
В 1956 году опубликовал свой первый роман «Ночь вошла в мой дом» (нем. Die Nacht steht um mein Haus).
В 1957 году выпустил свою первую критическую книгу о религии «Что вы думаете о христианстве?» (нем. Was halten Sie vom Christentum?). В том же году стал членом группы литературных критиков «Китч, конвенция и искусство» (нем. Kitsch, Konvention und Kunst)
В 1958 году вышел роман «Флоренция без солнца» (нем. Florenz ohne Sonne).
В 1962 году выпустил вторую книгу с критикой религии «Тогда запел петух второй раз. Критическая история церкви» (нем. Abermals krähte der Hahn. Eine kritische Kirchengeschichte).
В 1970 году Дешнер заключил договор с издательством Rowohlt Verlag о написании «Криминальной истории христианства», первые два тома которой вышли в 1986 году. Работу Дешнера финансово поддерживали его друг покровитель Альфред Шварц и основатель Фонда Джордано Бруно предприниматель Герберт Штеффен. В 1989 году журнал Der Spiegel опубликовал рецензию на вышедшие тома, автором которой стал бывший профессор церковного права Мюнстерского университета Хорст Херрманн покинувший Римско-католическую церковь в 1981 году. В 2013 году вышел последний десятый том.
В 2004 году Фонд Джордано Бруно учредил премию Карлхайнца Дешнера, награждаться которой будут люди или организации внёсшие «особый вклад в укрепление светской, научной и гуманистической мысли и деятельности». Первым лауреатом премии в 2007 году стал Ричард Докинз.
Дешнер был убеждённым вегетарианцем и неоднократно заявлял в интервью, что если бы имел возможность прожить жизнь ещё раз, то посвятил бы её вместо безнадёжной борьбы с христианством борьбе за права животных.
