Fils de Gnaeus Domitius Ahenobarbus, consul en 96 av. jc, et époux de Porcia, la sœur de Caton d’Utique. Domitius était un membre important du parti aristocratique des Optimates [1], ami de Cicéron et ennemi de César. Au début, il s’opposa aussi à Pompée et au triumvirat, mais s’allia avec lui contre César quand la guerre civile éclata.
Il fut questeur [2] en 66 av. jc et édile curule [3] en 61 av. jc. En 59 il fait partie des opposants à César. Un attentat visant César et Pompée est déjoué.
Comme préteur en 58 il essaya, de concert avec son homologue Caius Memmius, d’empêcher que fût ratifiée la gestion de César comme consul.
Il chercha à se faire élire consul pour l’année 55 av. jc avec le soutien de Caton, et se vanta à cette occasion de faire relever César de son commandement en Gaule. Il fut cependant contré par les Triumvirs qui s’entendirent pour faire élire consuls cette année-là Pompée et Crassus. Lors de l’élection, leurs partisans agressèrent Ahenobarbus et Caton en plein forum et purent ainsi l’emporter.
Au bout du compte Domitius fut élu consul en 54 av. jc en même temps qu’Appius Claudius Pulcher. En 52 après s’être réconcilié avec Pompée, il présida le procès contre Milon. Entre 57 et 50 av. jc, il fut élu Pontife, mais en 50, battu par Marc Antoine, il ne pu devenir augure.
En 49 av. jc, lorsque les relations entre César et le Sénat se détériorèrent, il fut nommé pour remplacer César comme gouverneur en Gaule transalpine. Quand la guerre civile eut éclaté, il défendit Corfinium [4] contre César. Privé du soutien militaire de Pompée, lâché par les habitants de Corfinium, il fut contraint à la reddition.
Bien qu’il eût été généreusement laissé libre par César après cette défaite, il incita Massilia [5] à lui résister, d’ailleurs sans succès. Après la capitulation de Marseille, il se réfugia en Grèce auprès de Pompée.
Il prit part à la bataille de Pharsale [6], où il commandait l’aile gauche face à César. Il périt durant la bataille, ou fut tué par la cavalerie lors de sa fuite