Strasbourg
Après des études théologiques à Strasbourg et plusieurs séjours en Allemagne et à Paris, il est pasteur (1858 -1864) à l’Église du Temple Neuf à Strasbourg. Il soutient sa thèse de licence de théologie Étude sur le principe du protestantisme d’après la théologie allemande contemporaine, puis sa thèse de doctorat (1860) Des éléments constitutifs de la science dogmatique. En 1864, il est nommé professeur de morale à la Faculté de théologie. Influencé par Vinet, il s’inscrit dans le courant évangélique modéré, opposé à tout formalisme liturgique ou doctrinal.
En février 1871, Frédéric Lichtenberger rappelle du haut de sa chaire « Nos devoirs envers la France », et le 26 novembre de la même année, après avoir refusé d’enseigner la morale en allemand et de pactiser avec la nouvelle administration, il prononce à l’Église Saint-Nicolas son célèbre sermon « l’Alsace en deuil » dans lequel il oppose la conscience chrétienne à l’abus de la force.
Paris
Contraint de quitter Strasbourg, il s’installe à Paris et devient pasteur à l’Église libre de la Chapelle Taitbout. Il fonde en 1873 avec Edmond de Pressensé, Eugène Bersier et Auguste Sabatier une École libre de sciences théologiques, dont l’un des buts est de donner aux anciens professeurs émigrés de la Faculté de Strasbourg la possibilité de reprendre leur enseignement. En 1877, la nouvelle Faculté de théologie protestante de Paris – née du transfert de celle de Strasbourg – ayant été créée, il est chargé du cours de morale évangélique ; il en devient Doyen en 1880. Son Histoire des idées religieuses en Allemagne depuis le milieu du XVIIIe siècle jusqu’à nos jours, publiée en 1873 a pour but de faire connaître au public français les résultats des recherches de l’école historique allemande. Il dirige la publication des 13 volumes de l’Encyclopédie des sciences religieuses (1877-1882), qui réunit les principaux théologiens francophones, sans distinction de nuances dogmatiques ou doctrinales.
Membre du Conseil général des Facultés, du Conseil supérieur de l’Instruction publique, du Comité de la Société de l’histoire du protestantisme français, il est président du comité de direction du Journal du protestantisme français. Dans toutes ces charges, Lichtenberger s’efforce d’être un élément de conciliation entre les différents courants du protestantisme français de cette époque.