Fils de saint Sigisbert III, roi d’Austrasie, et petit-fils de Dagobert Ier, il naquit vers 652. Deux ans avant sa naissance, son père, sans héritier, avait adopté Childebert, fils de son maire du palais Grimoald. Mais à la naissance de son fils, il cassa son testament pour instituer ce dernier comme seul héritier de son royaume.
En 656, Sigisbert fut assassiné. Grimoald fit alors tonsurer Dagobert, l’exila dans un monastère irlandais, fit courir le bruit de sa mort et mit son fils Childebert sur le trône d’Austrasie. Après l’assassinat de Grimoald en 657 et la mort de Childebert en 662, Childéric, deuxième fils de Clovis II, roi de Neustrie et frère de Sigisbert III, monta sur le trône d’Austrasie.
L’assassinat de Childéric en 675 permit le retour de Dagobert II, ce qui se solda par une guerre civile en Austrasie. Il monta officiellement sur le trône vers juillet 676. En 677, il fut en guerre avec le royaume de Neustrie, dont le maire du palais, Ebroïn, intriguait pour renforcer son influence.
Dagobert II fut un roi très pieux, mais régna peu de temps. Il fut en effet assassiné, probablement sur ordre d’Ebroïn, le 23 décembre 679, à Mouzay, au nord de Verdun. Il fut immédiatement considéré par l’Eglise comme un martyr.