Родился 21 мая 1817 года в Бауцене в семье военного врача. Окончил гимназию в Циттау. Изучал медицину и философию в Лейпцигском университете. Там же получил степень доктора медицины. С 1842 года был профессором философии в Лейпциге, в 1844—1881 годах — в Гёттингене, с 1881 года — в Берлине. Основные работы были написаны в Гейдельберге. Лотце неоднократно печатался во французском журнале «Философское обозрение» («Revue philosophique») под редакцией академика Теодюля Рибо.
В «Медицинской психологии» („Medizinische Psychologie oder Physiologie der Seele“, 1852) и других специальных трудах по медицине и физиологии отстаивал некоторые положения механистического материализма и критиковал витализм.
В философских работах «Микрокосм» („Mikrokosmus. Ideen zur Naturgeschichte und Geschichte der Menschheit“, тома 1-3, 1856—1864, русский перевод, части 1-3, 1866—1867), «Система философии» („System der Philosophie“, 1874—1879) и других развивал идеи объективного идеализма, близкие к учению о монадах Г. Лейбница.
В логике теории и познания Лотце ввёл телеологическое понятие «значимости» (Geltung) как специфическую характеристику мыслительного содержания. Аналогично этому в этике Лотце ввёл понятие «ценности» (Wert). В своё время был самым известным философом и естествоиспытателем в Германии и ещё в первое десятилетие XX века считался самым значительным философом после Гегеля.
Одним из учеников и продолжателей идей Лотце был Карл Штумпф.