Après ses études, il est ordonné prêtre, le , par le cardinal Hermann Volk. Il devient alors curé des églises Saint-François de Mainz-Lerchenberg et Maria Königin de Mainz-Drais.
En 1984, il est libéré de ses fonctions pour obtenir son doctorat. Il l'obtient en 1987, avec une thèse intitulée: «Les professeurs chrétiens pendant le deuxième siècle. Leur enseignement, leur compréhension d'eux-mêmes et de leur histoire.»
En août 1987, il est nommé chancelier et économiste du Séminaire de Mayence par Karl Lehmann. En 1993, lui est confiée la direction de deux paroisses à Rüsselsheim. En 2000, il devient curé de Worms-Horchheim et gère en même temps les paroisses de Worms-Wiesoppenheim et Worms-Heppenheim.
Ulrich Neymeyr exerce alors la charge de vicaire épiscopal. Il est également membre de la Commission pour la jeunesse et du Comité de journalisme de la Conférence épiscopale allemande, et vice-président de la Société pour l'histoire de l'Église rhénane.
Le , il est nommé évêque d'Erfurt par le pape François. Il prendra ses fonctions le prochain.