Detmer besuchte die BYU, wo er von 1987 bis 1991 für die BYU Cougars spielte. Bei der Entscheidung, welches College er besuchen sollte, war er teilweise von der alkoholfreien Umgebung der BYU angezogen. Er redshirted für die Cougars während der Saison 1987 und teilte Quarterback Aufgaben mit Sean Covey als redshirt Neuling im Jahr 1988. Detmer begann nur ein Spiel in diesem Jahr, aber er machte das Beste aus der Gelegenheit, vorbei für 333 Yards und fünf Touchdowns in einem 65-0 Sieg über New Mexico. Später wurde er zum wertvollsten Spieler des Freedom Bowl 1988 ernannt, nachdem er als Ersatzspieler ins Spiel gekommen war und BYU zu einem 20: 17-Sieg über die Colorado Buffaloes geführt hatte.

Detmer wurde 1989 Vollzeitstarter. Er entwickelte sich zu einem der besten Quarterbacks der Nation und erzielte in der regulären Saison 4.560 Yards und 32 Touchdowns. Seine Passantenbewertung von 175,6 führte die NCAA an, und er wurde Zweiter nach Houstons Andre Ware in der gesamten Offensive. Er führte BYU zu einer Western Athletic Conference (WAC) Meisterschaft, die erste des Teams seit 1985. Detmer beendete die Saison mit einer starken Leistung gegen Penn State in der 1989 Holiday Bowl und stellte NCAA-Rekorde für die meisten Passing Yards (576) und die meisten Yards der gesamten Straftat (594) in einem einzigen Bowl-Spiel auf. Er wurde Neunter in der Heisman Trophy Abstimmung.Detmers Juniorensaison 1990 gilt als eine der größten Saisons für einen Quarterback in der Geschichte des College-Fußballs. Er bestand für 5.188 Yards und 41 Touchdowns in 12 regulären Saisonspielen und beendete das Jahr mit 42 NCAA-Rekorden (und fünf weiteren). Der Höhepunkt der Saison war BYU 28-21 verärgert Sieg über die bestplatzierten Miami Hurricanes; Detmer führte die Cougars vorbei für 406 Yards und drei Touchdowns gegen die Titelverteidiger. Für seine Leistung in dieser Saison erhielt er die Heisman Trophy sowie viele andere Auszeichnungen, darunter die Maxwell und Davey O’Brien Awards. Er wurde als Konsensus First-Team All-American anerkannt und in die ersten Teams der Associated Press, UPI, Newspaper Enterprise Association, Football Writers Association of America, Walter Camp Foundation, Football News, Scripps Howard und The Sporting News berufen. Unglücklicherweise für Detmer und BYU endete die Saison auf katastrophale Weise: Die Cougars verloren 59-28 in ihrem letzten regulären Saisonspiel gegen Hawaii und verloren dann 65-14 gegen Texas A&M in der 1990 Holiday Bowl. Detmer wurde gegen Texas A&M aus dem Spiel geworfen und erlitt zwei getrennte Schultern, die außerhalb der Saison operiert werden mussten.Die Saison 1991 begann schlecht für BYU, als die Cougars ihre ersten drei Spiele verloren (auf einem neutralen Feld gegen # 1 Florida State und Straßenwettkämpfe gegen # 23 UCLA und # 12 Penn State). Nach einem 0-3-Start drehten Detmer und BYU die Dinge um. Die Cougars gewannen acht Spiele in Folge und holten sich ihre dritte WAC-Meisterschaft in Folge mit einem 52: 52-Unentschieden gegen San Diego State in ihrem letzten Straßenspiel der regulären Saison. In diesem Wettbewerb fiel BYU 45-17 zurück, bevor Detmer ein Comeback anführte. Er beendete das Spiel mit 599 Yards und sechs Touchdowns, beide Karrierehöhen. In seinem letzten Spiel als Puma ging Detmer für 350 Yards, um BYU zu einem 13-13 Unentschieden gegen stark favorisierte # 7 Iowa in der 1991 Holiday Bowl führen. In seinem letzten Jahr erzielte er in der regulären Saison insgesamt 4.031 Yards und 35 Touchdowns. Er belegte den dritten Platz in der Heisman Trophy-Abstimmung, gewann aber erneut den Davey O’Brien Award und erhielt auch die Sammy Baugh Trophy und den Today’s Top VI Award. Darüber hinaus wurde er erneut als Konsens First-Team All-American anerkannt.Detmer beendete seine College-Karriere mit den folgenden Summen: 1.530 Passversuche; 958 Abschlüsse; 15.031 Yards; 121 Touchdown—Pässe; 14.665 Yards der gesamten Straftat; 135 Touchdowns verantwortlich für; und 162,7 Passer Rating – alle NCAA-Rekorde zu der Zeit. Insgesamt beendete er seine College-Karriere mit 59 NCAA-Rekorden und band für drei weitere. Inklusive Statistiken aus Bowl-Spielen sammelte Detmer 16.206 Passing Yards und 127 Touchdown-Pässe bei BYU. Er schloss sein Studium mit einem Bachelor in Recreation Administration ab. 2012 wurde Detmer in die College Football Hall of Fame aufgenommen.