Получив инженерное образование в Политехническом институте в Штутгарте, он работал на машиностроительных предприятиях во Франции, Англии и Бельгии. В 1863 году познакомился с инженером Вильгельмом Майбахом, который стал его деловым партнером на всю оставшуюся жизнь. В 1879 году Готлиб Даймлер стал одним из технических директоров завода по производству ДВС в Кельне, возглавляемого Николаусом Отто, а Майбах – главным конструктором.
В апреле 1885 года Готлиб Даймлер подал заявку на патент 1-цилиндрового двигателя внутреннего сгорания, а в конце того же года оснастил им первый в мире мотоцикл. В марте 1886 года Даймлер и Майбах оснастили экипаж 1,5-сильным двигателем, приводивший колеса в движение посредством ременной передачи. Так появился первый автомобиль Даймлера.