Regimen sa att 22-årige Otto Warmbiers medicinska tillstånd orsakades förra året av botulism och ett sömnmedel som han fick efter rättegången.
Men Fred Warmbier sa att hans son hade blivit behandlad "brutally".
Han talade som ett Ohio sjukhus sade Otto hade lidit en "allvarlig neurologisk skada" och är i ett stabilt tillstånd.
"Vi gick i 15 månader utan ett ord från eller om Otto," Mr Warmbier sade om sin son, som kämpade tillbaka tårar vid torsdagens presskonferens i Cincinnati, Ohio.
– Det var bara för en vecka sedan som den nordkoreanska regeringen nu hävdar att han låg i koma nästan hela den tiden.
"Även om du tror på deras förklaring av botulism och ett sömnmedel som orsakar koma - och det gör vi inte - finns det ingen ursäkt för en civiliserad nation att ha hållit hans tillstånd hemligt och att ha förnekat honom top notch medicinsk vård."
Otto Warmbier, en ekonomistudent från University of Virginia, greps i januari 2016 när han besökte Nordkorea som turist.
Botulism är en typ av förgiftning som kan orsaka total kroppsförlamning, andningssvårigheter och död i vissa fall.
Det orsakas av klostridium botulinum bakterier, men symptomen på botulism är inte från bakterierna själva.
De mikroskopiska organismerna producerar i stället ett kraftfullt gift som angriper nervsystemet och orsakar förlamning.
Det giftet kallas botulinum - som du kanske vet för dess kommersiella användning i Botox, som avlägsnar rynkor genom att paralysera ansiktsmusklerna.
Botulism är befruktad på två sätt hos vuxna - genom att äta mat förorenad med giftet, eller genom sår.
Den matburna metoden sker när bakterierna konserveras eller lagras i livsmedel på ett annat sätt som berövar dem luft (vilket är när de producerar giftet).
Detta händer sällan i modern västerländsk livsmedelsproduktion, men är vad Nordkorea hävdar hände med Warmbier.
Han dömdes till 15 års fängelse för att ha försökt stjäla en propagandaskylt från ett hotell.
Fred Warmbier berättade för reportrar att hans son hade hållits som "krigsförbrytare".
Han sade att han och hans fru, Cindy, hade förlitat sig "på denna falska premiss att de skulle behandla Otto rättvist och låta honom gå".
För att hedra sin son bar Fred Warmbier samma jacka som Otto när han paraderades inför media för att tårfullt erkänna att han försökte ta skylten som en "trofi" för en amerikansk kyrka.
Warmbier verkade också kritisera Obama-administrationen för att den inte hjälpte till att säkra sin sons frigivning.
Hur hårt är fängelse i Nordkorea?
"När Otto först togs vi fick rådet av den tidigare administrationen att ta en låg profil medan de arbetade för att få hans frigivning," sade han.
"Vi gjorde det utan resultat. Tidigare i år bestämde Cindy och jag att tiden för strategiskt tålamod var över."
Universitetets student frigjordes timmar efter den amerikanska basketstjärnan Dennis Rodman anlände till Nordkorea, men Fred Warmbier sade att den professionella idrottsmannens besök inte hade något att göra med hans sons frigivning.
USA har tidigare anklagat Nordkorea för att fängsla amerikaner som politiska brickor i förhandlingar om sitt kärnvapenprogram.
Pyongyang har anklagat Washington och Sydkorea för att skicka spioner för att störta dess regim.
Tre amerikaner är kvar i Nordkorea.
Fängelserna har kommit i en tid av ökad spänning mellan Nordkorea och USA och dess regionala grannar.
Den känslosamme fadern till en amerikansk student frigiven av Nordkorea den här veckan säger att han inte tror regimens förklaring till sin sons koma.