Родился в начале XI столетия в Трапезунде в патрицианской семье и получил хорошее образование. С детских лет стремился к монашеской жизни. Родители хотели женить сына, но в 12 лет он тайно покинул дом и долго скитался в поисках духовного наставника. Наконец он пришел в город Амис (современный город Самсун на севере Турции) и стал монахом в монастыре Рождества Христова недалеко от города. Настоятель обители Иоанн постриг Дорофея в монахи, а через несколько лет рукоположил во пресвитера. Преподобный с усердием выполнял любое повеление наставника. Каждый день в течение 62 лет он служил Божественную литургию, не покидал стен обители без разрешения Иоанна, избегал пустых разговоров и общался только с теми братьями, которые могли дать ему наставления в добродетели.
Как-то раз Дорофей вышел из монастыря по поручению духовника, чтобы доставить его послание. По дороге, зайдя помолиться в храм праведной Анны, он в молитвенном порыве трижды воскликнул: "Пресвятая Троица, слава Тебе!" Продолжив путь, он увидел на возвышенности место, подходящее для устройства обители. Тут перед святым предстал старец в священнической одежде и сказал, что Богу угодно, чтобы он восстановил некогда располагавшиеся в этом месте монастырь и храм Святой Троицы. По возвращении Дорофей рассказал о видении своему наставнику, и тот благословил ученика и отпустил его. Вскоре с помощью монаха Василия, вместе с ним покинувшего обитель Иоанна, и жителей окрестных мест преподобный Дорофей построил в на горе в Амасии церковь Святой Троицы и монастырь, в котором ввёл устав аввы Арсения Хрисипетрийского. Новая обитель была названа Хилиокомий по названию того места, и вскоре в ней собралось немало монахов, желавших жить под руководством преподобного Дорофея.
За свою подвижническую жизнь преподобный Дорофей был удостоен многих духовных дарований от Бога. Он отличался прозорливостью: собрав однажды братию в храме, Дорофей призвал воздать Богу благодарение за избавление от смерти некоего человека. А через несколько дней в монастырь пришел мужчина и рассказал, что когда его судно потерпело крушение, ему явился святой Дорофей и призвал мужаться. По молитве преподобного моряк был выброшен на берег и спасён от смерти.
Некоторые братья, покинув монастырь по повелению настоятеля, откладывали возвращение в обитель. Святой Дорофей увещевал их прийти как можно скорее, но они не послушались его. Тогда он предсказал им смерть. Братья не поверили его словам, и каждый понес ужасное наказание за непослушание.
Во время возведения монастырских построек преподобный Дорофей молитвой предотвратил падение огромного камня, который мог раздавить монахов.
Предвидел святой и собственную кончину. Накануне он раздал милостыню, простился с братией, испросив у всех прощения, помолился, затем попросил монахов петь псалмы, лёг и с миром почил. Преподобный умер в преклонном возрасте. Он был погребён в основанной им обители.
"Младшим" или "Новым" Дорофея Амасийского называют, чтобы отличать его от других святых с тем же именем.
Житие преподобного было написано его современником Иоанном Мавроподом, митр. Евхаитским. В запандных календарях день памяти прп. Дорофея указывается 5 июня.
