Hannoverren jaio zen familia judu aberats batean. 1888an Berlinera joan ziren bizitzera, eta han Otto medikuntza ikasten hasi zen. Estrasburgon eta Heidelbergen jarraitu zituen ikasketak eta 1908an graduatu zen buruko gaixotasunen teoria psikologoari buruzko tesi batekin. 1918an irakasle postua lortu zuen Kieleko Unibertsitatean.
1922an Nobel saria irabazi zuen muskuluen metabolismoari buruz egindako lanagatik, glukolisia barne. 1929tik 1938ra Kaiser Gilen Medikuntza Ikerketa Institutuko zuzendarietako bat izan zen. 1938an naziengandik Parisera eta 1940an Estatu Batuetara ihes egin zuen. Filadelfiako Unibertsitateko irakasle gonbidatu izendatu zuten.