Nato da padre tedesco e madre romena, fu allenato dal fratello maggiore Costantino Dennerlein, detto "Bubi". Fu contemporaneamente pallanuotista e nuotatore, arrivando in nazionale in entrambe le discipline. Frequentò l'ISEF di Napoli dal 1959 al 1962, diplomandosi il 10 novembre del medesimo anno.
Fritz Dennerlein vinse il suo primo titolo nazionale assoluto di nuoto nel 1953, con la staffetta 4x200 stile libero della Canottieri Napoli, con la quale si ripeté l'anno successivo e giunse in finale ai Campionati Europei di Torino. Ai Giochi del Mediterraneo del 1955 vinse la medaglia d'oro nella pallanuoto. Nel 1956 vinse ancora il titolo di campione assoluto nella 4x200 e fu convocato per le Olimpiadi di Melbourne.
Ai Giochi olimpici, con Paolo Galetti, Guido Elmi ed Angelo Romani, Dennerlein compose il quartetto della staffetta 4x200 stile libero che per la prima volta raggiunse una finale olimpica, classificandosi al settimo posto[1]. Nella pallanuoto, si classificò al quarto posto, con la Nazionale italiana. L'anno dopo giunsero i primi due titoli assoluti individuali, nei 100 e nei 400 stile libero.
Nel 1958 Dennerlein vinse il suo primo "scudetto" di pallanuoto con la Canottieri Napoli e, nel nuoto, la medaglia d'argento nella 4x200 stile libero (con Angelo Romani, Paolo Galletti e Paolo Pucci) e quella di bronzo nella 4x100 mista (con Gilberto Elsa, Roberto Lazzari e lo stesso Pucci) agli "Europei" di Budapest. Agli "assoluti" si dovette accontentare di un solo titolo, quello della staffetta 4x100 mista.
Con il ritiro dall'agonismo del fratello maggiore, Fritz Dennerlein cominciò a dedicarsi alla specialità preferita di "Bubi": lo stile a farfalla[2]. I risultati furono travolgenti. Vinse la medaglia d'oro nei 200 farfalla sia ai Giochi del Mediterraneo di Beirut 1959 sia alle Universiadi di Torino. In entrambi i casi vinse le medaglie d'oro delle staffette 4x200 stile libero e 4x100 mista, così come ai Campionati assoluti 1959. A Beirut fu anche medaglia d'argento nella pallanuoto. Il 12 luglio 1959 batté il record europeo dei 100 farfalla e due giorni dopo si ripeté con quello dei 200 farfalla. Ai campionati primaverili 1960 ritoccò nuovamente il record europeo dei 200 farfalla, portandolo a 2'18"0 e agli "assoluti" vinse ben cinque medaglie d'oro (200 e 400 stile libero, 200 farfalla e staffette 4x200 stile libero e 4x100 mista).
Questi risultati molto lusinghieri indussero Dennerlein a puntare tutto sui 200 farfalla alle imminenti Olimpiadi di Roma, con l'obiettivo di diventare il primo nuotatore italiano a conquistare una medaglia olimpica. Rinunciò quindi alla convocazione nella squadra di pallanuoto e fu un peccato perché i suoi compagni riuscirono a vincere la medaglia d'oro anche senza di lui. Nei 200 farfalla, invece, Dennerlein, pur battendo nuovamente il suo record continentale (2'16"0), fu superato da tre nuotatori extraeuropei e dovette accontentarsi del quarto posto[2]. Tale risultato fu però la miglior prestazione di un italiano alle Olimpiadi, nel nuoto maschile, sino alla medaglia di bronzo di Stefano Battistelli, a Seul 1988. Nella staffetta 4x100 mista Dennerlein raggiunse comunque la finale olimpica, classificandosi al sesto posto, insieme a Giuseppe Avallone, Roberto Lazzari e Bruno Bianchi. Nella 4x200, con Paolo Galletti, Angelo Romani e Bruno Bianchi, si fermò alle semifinali.
Nel 1961 Dennerlein vinse altre quattro medaglie d'oro agli "assoluti" (200 e 400 stile libero, 200 farfalla e staffetta 4x200 stile libero). L'anno dopo ebbe un diverbio con il Presidente federaleLuigi Durand de la Penne e non fu convocato ai Campionati europei. Polemicamente, allora, Dennerlein gareggiò a Monte Carlo quasi in contemporanea con la gara "europea" dei 200 farfalla e batté nuovamente il primato continentale, portandolo a 2'12"6[2].
Nel 1963 vinse il suo secondo "scudetto" di pallanuoto con la Canottieri Napoli al quale aggiunse il titolo di capocannoniere del Campionato. Fu alfiere dell'Italia ai Giochi del Mediterraneo di Napoli 1963 e durante la cerimonia d'apertura lesse il giuramento degli atleti.[3] Fu oro nei 200 farfalla.
Ha concluso la carriera nel nuoto con i Campionati assoluti del 1963, portando a casa altri tre ori (200 farfalla, 400 misti e staffetta 4x200)[4]. Gareggiò ancora nella pallanuoto alle Olimpiadi di Tokyo 1964, ripetendo il medesimo risultato (quarto posto) delle Olimpiadi di otto anni prima.
Dopo il ritiro divenne allenatore di pallanuoto, prima del Circolo Canottieri Napoli e quindi della squadra nazionale italiana per sette anni. Come allenatore della nazionale di pallanuoto vinse un argento mondiale (1986), in una tiratissima finale con la Jugoslavia[2] di Ratko Rudić conclusasi 12-11 al quarto tempo supplementare ma si rifece l'anno successivo vincendo l'oro ai Giochi del Mediterraneo di Latakia 1987.
A lui è dedicata la piscina olimpica situata nel complesso della Mostra d'Oltremare e dal 15 luglio 2012 il tratto di mare dalla Marina di Vico a Capo la Gala, chiamato il "Miglio Azzurro Fritz Dennerlein" della città di Vico Equense, dove il campione, da giovane, si allenava e dove, dopo il 1947, si era trasferito.
L'11 dicembre 2016 la società napoletana di nuoto a lui dedicata A.N.D Fritz Dennerlein, fondata dal suo ex atleta Riccardo Siniscalco, in collaborazione con Ciro Porzio, Maurizio Mastrorilli e Andrea Siniscalco organizzano in suo onore il "1º Trofeo Fritz Dennerlein" valido per il Circuito Supermasters FIN.
Nel 2019 gli è stato intitolato, in occasione delle Universiadi svoltesi a Napoli, il Palazzetto dello Sport nel quartiere Barra.[6][7]
Primati
Ha stabilito cinque primati europei nel nuoto, qui elencati: