Die Pfarrers­tochter Dorothee Ziegele en­ga­giert sich früh in der Jugend­bewe­gung. 1921 be­ginnt sie in Leipzig ein Ger­manistik-Stu­dium. Gleich­zeitig macht Dorothee Ziegele eine Aus­bil­dung an der dorti­gen Bib­liotheks­schule. 1923 ar­bei­tet sie an der Uni­ver­sitäts­biblio­thek Tübingen, ab 1926 ist sie in der Bib­lio­thek des Stati­stischen Reichs­amts in Berlin tätig. 

In Tübingen lernt sie Harald Poelchau kennen, den sie am 12. April 1928 hei­ratet, 1938 kommt der ge­mein­same Sohn Harald Stephan zur Welt. Wie ihr Mann ist Dorothee Poelchau von Be­ginn an gegen das NS-Regime ein­ge­stellt. 

Ge­mein­sam unter­stützt das Ehe­paar unter­ge­tauchte Jü­dinnen und Juden sowie politische Häft­linge und deren An­gehöri­ge. Die Poelchaus ver­stecken immer wie­der Jü­dinnen und Juden für eini­ge Zeit in ihrer Woh­nung. Dorothee Poelchau kümmert sich um sie und be­sorgt Lebens­mittel. Zu­dem ver­mittelt sie ihnen weitere Unter­künfte.

Da ist an erster Stelle meine Frau, die nie bremste oder warnte, sondern voll dahinter­stand und im Stillen viel für alle tat, die als Ange­hörige von Gefan­genen oder als Ver­folgte ins Haus kamen.

Harald Poelchau über seine Frau Dorothee Poelchau, 1963

In den letz­ten Kriegs­wochen ver­lässt sie mit ihrem Sohn Berlin, kehrt aber im Früh­jahr 1946 zurück. 1971 wird Dorothee Poelchau ge­mein­sam mit ihrem Mann für ihre Hilfs­leis­tungen von Yad Vashem als „Gerechte unter den Völkern“ ge­ehrt.