Detmer participou de BYU, onde jogou pela equipe de futebol BYU Cougars de 1987 a 1991. Ao decidir qual faculdade freqüentar, ele foi em parte atraído pelo ambiente sem álcool de BYU. Ele foi redshirt para os Cougars durante a temporada de 1987, e dividiu os deveres de quarterback com Sean Covey como calouro de camisa vermelha em 1988. Detmer começou apenas um jogo naquele ano, mas ele fez o máximo da oportunidade, passando por 333 jardas e cinco touchdowns em uma vitória por 65-0 sobre o Novo México. Mais tarde, ele foi nomeado o jogador mais valioso do Liberty Bowl de 1988, depois de entrar no jogo como um substituto e levando BYU a uma vitória por 20-17 contra o Colorado Buffaloes.Detmer tornou-se o titular a tempo inteiro em 1989. Ele surgiu como um dos melhores quarterbacks do país, passando por 4.560 jardas e 32 touchdowns durante a temporada regular. Sua classificação de passador de 175,6 liderou a NCAA, e ele terminou em segundo lugar para Andre Ware de Houston no ataque total. He led BYU to a Western Athletic Conference (WAC) Championship, the team’s first since 1985. Detmer terminou a temporada com um desempenho forte contra o Penn State no Holiday Bowl de 1989, estabelecendo recordes da NCAA para a maioria das jardas que passam (576) e a maioria das jardas do total ofensivo (594) em um único jogo de bowl. Ele terminou em nono na votação do Troféu Heisman.Detmer foi uma das melhores temporadas da história do futebol americano universitário. Ele passou por 5188 jardas e 41 touchdowns em 12 jogos da temporada regular, e terminou o ano com 42 recordes da NCAA (e empatado por outros cinco). O ponto alto da temporada foi a vitória da BYU de 28-21 contra os furacões de Miami de melhor posição; Detmer liderou os Cougars ao passar por 406 jardas e três touchdowns contra os atuais campeões nacionais. Por sua performance naquela temporada, ele foi premiado com o Troféu Heisman, bem como muitas outras honras, incluindo o Maxwell e Davey O’Brien awards. Ele foi reconhecido como um primeiro time de consenso All-American, tendo sido nomeado para as primeiras equipes da Associated Press, UPI, Newspaper Enterprise Association, Football Writers Association of America, Walter Camp Foundation, Football News, Scripps Howard, e The Sporting News. Infelizmente para Detmer e BYU, a temporada terminou de forma desastrosa: os Cougars perderam 59-28 em seu último jogo da temporada regular contra o Havaí, então perderam 65-14 para o Texas a&M no Holiday Bowl de 1990. Detmer foi nocauteado do jogo contra o Texas a&M, sofrendo dois ombros separados que necessitavam de cirurgia fora de temporada.

a temporada de 1991 começou mal para BYU, como os Cougars perderam seus primeiros três jogos (em um campo neutro contra o #1 Florida State e concursos de estrada contra #23 UCLA e #12 Penn State). Depois de um início de 0-3, Detmer e BYU deram a volta às coisas. Os Cougars venceram oito jogos seguidos, e conquistaram seu terceiro título consecutivo com um empate 52-52 contra o San Diego State em sua última temporada regular. Nessa competição, BYU caiu para trás 45-17 antes de Detmer liderar um retorno. Ele terminou o jogo com 599 jardas e seis touchdowns, ambos altos da carreira. Em seu último jogo como Cougar, Detmer passou por 350 jardas para levar BYU a um empate 13-13 contra o Iowa fortemente favorecido #7 no Holiday Bowl de 1991. Ele totalizou 4.031 jardas e 35 touchdowns na temporada regular durante seu último ano. Ele terminou em terceiro na votação do Troféu Heisman, mas ganhou o Prêmio Davey O’Brien novamente e também ganhou o troféu Sammy Baugh e o prêmio Top VI de hoje. Além disso, ele foi novamente reconhecido como um consenso de primeira equipe All-American.Detmer terminou sua carreira universitária com os seguintes totais: 1.530 tentativas de passe; 958 completações; 15.031 jardas de passe; 121 passes para touchdown; 14.665 jardas de ataque total; 135 touchdowns responsáveis; e 162.7 classificação de passador—todos os registros da NCAA na época. No total, ele terminou sua carreira universitária com 59 NCAA records e empatado por três outros. Incluindo estatísticas de jogos de bowl, Detmer acumulou 16.206 jardas e 127 passes para touchdown no BYU. Licenciou-se em Administração recreativa. Em 2012, Detmer foi introduzido no College Football Hall of Fame.