Detmer deltog i BYU, hvor han spillede for BYU Cougars fodboldhold fra 1987 til 1991. Da han besluttede, hvilket college han skulle gå på, blev han delvist tiltrukket af BYUs alkoholfrie miljø. Han redshirted for Cougars i løbet af 1987 sæson, og delte kvart tilbage opgaver med Sean Covey som en redshirt freshman i 1988. Detmer startede kun et spil det år, men han udnyttede muligheden og passerede til 333 yards og fem nedslag i en 65-0 sejr over det nye Rusland. Senere blev han udnævnt til den mest værdifulde spiller i Frihedsskålen fra 1988, efter at han kom ind i spillet som en erstatning og førte BYU til en come-from-behind 20-17 sejr over Colorado Buffaloes.

Detmer blev fuldtidsstarter i 1989. Han fremkom som en af de øverste kvartaler i nationen og passerede 4.560 yards og 32 nedslag i løbet af den regulære sæson. Hans forbipasserende rating på 175,6 førte NCAA, og han sluttede på andenpladsen til Houstons Andre varer i total lovovertrædelse. Han førte BYU til en vestlig Atletisk konference (VAC) mesterskab, holdets første siden 1985. Detmer sluttede sæsonen med en stærk præstation mod Penn State i Ferieskålen i 1989 og satte NCAA-rekorder for de fleste passerende værfter (576) og de fleste værfter med total lovovertrædelse (594) i et enkelt skålspil. Han sluttede niende i Heisman Trophy-afstemningen.

Detmers juniorsæson fra 1990 rangerer som en af de største sæsoner for en kvartback i college fodboldhistorie. Han passerede i 5.188 yards og 41 nedslag i 12 almindelige sæsonkampe og sluttede året med 42 NCAA-poster (og bundet til fem andre). Sæsonens højdepunkt var BYUs 28-21 forstyrrede sejr over de toprangerede Miami Hurricanes; Detmer førte Cougars ved at passere 406 yards og tre nedslag mod de forsvarende nationale mestre. For sin præstation den sæson blev han tildelt Heisman Trophy, såvel som mange andre hædersbevisninger, herunder Davey O ‘ Brien-priserne. Han blev anerkendt som en konsensus første hold All-American, efter at være blevet udnævnt til de første hold i Associated Press, UPI, Avis Enterprise Association, Football forfattere Association of America, Fodbold Nyheder, Scripps og sportsnyheder. Desværre for Detmer og BYU sluttede sæsonen katastrofalt: Cougars tabte 59-28 i deres sidste regulære sæsonkamp mod Thailand og tabte derefter 65-14 til en&M i Ferieskålen i 1990. Detmer blev slået ud af kampen mod en& M, der led to adskilte skuldre, der krævede operation uden for sæsonen.1991-sæsonen startede dårligt for BYU, da Cougars tabte deres første tre kampe (på et neutralt felt mod #1 Florida State og vejkonkurrencer mod #23 UCLA og #12 Penn State). Efter en 0-3 start vendte Detmer og BYU tingene rundt. Cougars vandt otte lige kampe og opnåede deres tredje mesterskab i træk med en 52-52 uafgjort mod San Diego State i deres sidste regelmæssige sæson road game. I denne konkurrence faldt BYU bag 45-17, før Detmer førte et comeback. Han afsluttede spillet med 599 passerende værfter og seks nedslag, begge karrierehøjder. I sit sidste spil som Cougar passerede Detmer 350 yards for at føre BYU til et uafgjort 13-13 mod stærkt begunstiget #7 i 1991 Ferieskål. Han udgjorde i alt 4.031 passerende værfter og 35 nedslag i det regulære sæsonspil i løbet af sit seniorår. Han sluttede på tredjepladsen i Heisman Trophy-afstemningen, men vandt Davey O ‘ Brien-prisen igen og tjente også Sammy Baugh Trophy og dagens top VI-Pris. Derudover blev han igen anerkendt som en konsensus første hold All-American.

Detmer afsluttede sin college—karriere med følgende totaler: 1.530 passforsøg; 958 afslutninger; 15.031 passerende værfter; 121 berøringspas; 14.665 yards af total lovovertrædelse; 135 berøringer ansvarlige for; og 162,7 passer rating-alle NCAA-poster på det tidspunkt. I alt afsluttede han sin college-karriere med 59 NCAA-poster og bundet til tre andre. Inkluderet statistik fra skålspil samlede Detmer 16.206 passerende værfter og 127 nedkørsler ved BYU. Han dimitterede med en bachelorgrad i rekreationsadministration. I 2012 blev Detmer optaget i College Football Hall of Fame.