Detre (eredetileg: Dunst) László Szombathelyen született 1906. április 19-én. Édesapja dr. Dunst János, Szombathely város tanácsnoka, kétéves korában elhunyt, így özvegy édesanyja nevelte. Középiskolai tanulmányait a szombathelyi Premontrei Gimnáziumban végezte, ahol természettudományi és matematikai érdeklődése már hamar megmutatkozott. 1924 és 1927 között a budapesti Pázmány Péter Tudományegyetemen matematikát és fizikát tanult a hírneves Eötvös Kollégium tagjaként. Tanulmányait 1927-től a berlini Friedrich Wilhelms Egyetemen folytatta olyan neves tanárok irányításával, mint Albert Einstein, Max Planck vagy Paul Guthnick. Doktori értekezését a csillagok térbeli eloszlásáról 1929-ban védte meg. Tanulmányai befejezése után a budapesti Magyar Állami Konkoly-Alapítványú Sváb-hegyi Asztrofizikai Obszervatórium (akkoriban ez volt intézetünk hivatalos neve) asszisztense lett.
1930-ban Budapesten tartotta közgyűlését a német csillagászati társaság (Astronomischen Gesellschaft), amelyen olyan hírességek is megjelentek, mint Otto Struve vagy Arthur Eddington. Eddington éppen akkortájt mutatta meg, hogy a rövid periódusú pulzáló változócsillagok periódusváltozásának nyomon követésével néhány évtized alatt kimutatható lehet a csillagfejlődés, és ez információt adhat a csillagok, akkor még nem ismert, belső energiaforrására is. Detre László, talán a fenti konferenciának is köszönhetően, 1931-től témát váltott, és a rövidebb periódusú ún. RR Lyrae típusú csillagokkal, és ezek periódusváltozásával kezdett foglalkozni. 1932-től folyamatosan jelentek meg cikkei a témában, elsősorban fotometriai észlelések, az akkor vezető folyóiratban az Astronomische Nachrichtenben, illetve az intézet saját kiadványsorozatában (Mitteilungen). Viszonylag hamar kiderült, hogy a periódusváltozások általában sokkal bonyolultabbak annál, mint azt kezdetben gondolták. Erőteljesen befolyásolják nem evolúciós hatások is. Az RR Lyrae-k esetében az egyik legfontosabb ilyen az ún. Blazskó-effektus, amely a pulzációs periódusnál jóval hosszabb periódusú, másodlagos amplitúdó- és periódusváltozásban nyilvánul meg. Detre – feleségével Balázs Júliával, az első magyar csillagásznővel – hosszú éveket töltött RR Lyrae csillagok fotometriai megfigyelésével, és ezek alapján sorra találták az effektust mutató csillagokat. A jelenséget ugyan már Szergej Blazskó 1907-ben felfedezte, de ez akkor nagyobb figyelmet nem kapott. Az effektus tömeges megjelenése az RR Lyrae csillagok körében, amire Detréék munkája mutatott rá, akkoriban nagy meglepetés volt. A legfényesebb, a csoportnak nevet adó RR Lyrae-ről is bebizonyították például, hogy Blazskó-effektust mutat. A Blazskó-effektust mutató csillagok periódusváltozását az effektus uralja, az evolúciós változások nyomon követése így szinte reménytelen. Az 1950-es években vetették fel, majd az 1960-as években továbbfejlesztették azt az elképzelést, hogy az RR Lyrae-csillagok periódusváltozását véletlenszerű tényezők is alakíthatják, amelyek tovább nehezítik a csillagfejlődés nyomon követését.
Detre László 1943-ban a Csillagászati Intézet igazgatója lett, és ezt a tisztséget haláláig betöltötte. Igazgatóként minden körülmények között intézetét és a magyar csillagászat fejlődését tartotta szem előtt. A szovjet csapatokkal kialakított kapcsolatának köszönhető például, hogy az intézet értékes szakkönyvtára sérülés nélkül túlélte a beszállásolást. A II. világháború után a nemzetközi csillagászati közösség újra egységessé vált és 1947-ben Detre lett a Nemzetközi Csillagászati Unió (IAU, International Astronomical Union) első magyar tagja. 1967 és 1970 között az IAU Változócsillag Komissziójának alelnöke, 1970 és 1973 között pedig elnöke volt. Az IAU 1961-es közgyűlésén elhatározták, hogy a változócsillagokkal kapcsolatos gyors kommunikáció elősegítésére egy új kiadványt indítanak Information Bulletin on Variable Stars (IBVS) címmel. A kiadás, valamint szerkesztés jogát a Detre László vezette intézetre bízták. Az első szám még abban az évben megjelent, és az IBVS-t 2019-es megszűnéséig az intézetben szerkesztették. Detre 1964-1968 között az ELTE Csillagászati Tanszékét is vezette, és azután is, haláláig tanított. Ő érte el, hogy hazánkban csillagász szakos diplomát adjanak ki.
Detre kiváló és szorgalmas megfigyelő volt. Tudta, hogy a svábhegyi távcsövek, a növekvő fényszennyezés miatt, egyre kevésbé alkalmasak professzionális csillagászati megfigyelésekre: magashegyi, jól felszerelt távcsövekre van szükség a városi fényektől lehetőleg messze. 1962-ben egy 60/90/180 cm-es Schmidt-távcsövet, 1966-ban egy 50 cm-es Cassegrain-teleszkópot helyeztetett üzembe Piszkéstetőn. A Schmidt-távcső még ma is a 10 legnagyobb ilyen rendszerű teleszkóp között van a világon. 1974-ben egy 1 m objektívátmérőjű Ritchey–Chrétien--Coudé-rendszerű távcső építését is sikerült befejeztetnie, bár annak első észlelését már nem érte meg. 1946-ban a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagja lett. 1955-ben újra levelező taggá választották, és végül 1973-ban rendes tag lett. 1970-ben Állami Díjat kapott. Nevét a (1538) Detre kisbolygó őrzi. Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat magyar csillagászokat elismerő díja is a nevét viseli. Születésének 100. évfordulójáról a Magyar Posta bélyeggel emlékezett meg. Legutóbb pedig a XII. kerületi Önkormányzat az intézet felé haladó, újonnan kialakított utat nevezte el róla.