迷上机械制造
1832年6月14日，奥托出生在德国霍兹豪森镇的一个普通家庭。父亲是一名制表匠，母亲是农民，全家过着虽清苦却和谐的生活。
从懂事时起，奥托就对机械很感兴趣。小时候，他常常躲在角落里注视父亲工作。看着一堆大大小小的齿轮、皮带经过父亲的手，转眼就变成了一台台精巧的钟表，这种仿佛魔术般的制造令他感到不可思议。从那时起，奥托迷上了机械制造。
不幸的是，父亲积劳成疾，家庭的重担全部落在了作为长子的奥托的肩上。奥拓不得不中断学业，只身前往经济繁荣的科隆，在一个小工匠铺安下身，赚些钱养家糊口。这一干就是10年！在科隆的日子，他并未因繁忙的工作而放弃对书本的学习。他白天努力地工作，晚上则躲在被子里看有关机械方面的书籍。时间久了，他对机械制造方面的基础知识有了较多且深入的认识和了解。
1854年，一条批评蒸汽机的文章引起了奥托的注意，他对蒸汽机的改造产生了浓厚的兴趣。蒸汽机制造中的一系列不足，使他立志要发明一种可以取代老式蒸汽机的新型动力设备。从此，奥托走上了一条改变他的命运，也改变了人类历史命运的道路。
提出四冲程思想
18世纪后半叶，蒸汽机的出现，对工业发展起到了推动作用。但蒸汽机体积庞大，而且还必须配备大型的锅炉。同时，由于锅炉的制造技术粗糙，时有爆炸的危险，加上锅炉需要消耗大量的能源，因此，人们强烈希望能有一种小巧、方便而又安全的动力装置来取代它。
1860年，人们这种希望得到了初步的实现。法国工程师莱诺尔制造了一台以煤气为燃料的内燃机。这种新型煤气内燃机造型小巧，比起老式的蒸汽机，它的使用方法简单而安全，但是，由于没有在内燃机的机箱内对空气进行必要的压缩，所以它产生的热效率并不高。1862年，法国工程师罗夏提出，内燃机的动力方式应当采取四冲程方式，即在四个行程内完成一个进气、压缩、燃烧膨胀和排气的工作循环。这是一个非常富有创意的想法，如果付诸实际运用，将大大地提高内燃机的工作热能效率。但是，罗夏只提出了这种想法，并没有把这种想法变成现实。
前人的探索，给奥托指明了前进的方向。经过独自钻研，反复研究，奥托最终也提出了内燃机动力方式的四冲程思想，但他的设计思想要比罗夏的想法详细而成熟得多。奥托在他的日记中这样记载道：“一切商业上成功的内燃机，其共同特征都包含了以下几方面：1.空气的压缩；2.燃料在提高了压力的空气中燃烧，从而使空气压缩，并使空气的温度升高；3.已加热的空气膨胀到初始压力，并开始作功；4.排气，由此完成整个循环过程。”
具体来说，内燃机的工作原理是这样的：煤气与空气混合成一种可燃性的混合气体，然后进入气缸，在气缸内进行空气压缩，使其在这种提高了压力的空气中燃烧，使气缸内的温度升高，而后，膨胀了的空气逐步减压到初始状态时的大气压力，并推动气阀运动，由气阀运动产生的能量推动机车的运动，最后，气缸排出所有的气体。这是对四冲程内燃机原理和特征的第一次简单而清楚的概括，人们把内燃机的四冲程循环简称为“奥托循环”。
奥托在完成了对这一原理的初步设计后，很快就设计和制造出了世界上第一台四冲程循环内燃机样机，它是至今已生产出数以亿计的四冲程内燃机的样机。这台内燃机性能可靠，热效率高，运行噪音小，在燃料消耗等许多方面都要比莱诺尔式内燃机好出许多。所以，尽管这种最初型号的内燃机在外观上还存在着一些缺陷，但一经面世，立即赢得了人们对它的高度评价。
内燃机产业化
从1861年到1864年，奥托陆续发明了多种内燃机制造技术，并在一些国家和地区相继取得了发明专利。很多国家的政府和公司派代表到奥托的实验室参观和学习，一方面向他求教，另一方面与他洽谈合作意向。在这种形势的推动之下，奥托开始考虑内燃机的产业化生产。
但是，因资金困难，奥托有心无力。这时，德国工业家兰根伸出了慷慨之手，提供资金，于1864年9月成立了“奥托商会”，由奥托提供主要的技术支持。由此，奥托走上了内燃机产业化的道路。
1872年，为了扩大内燃机的生产，奥托又在产业化的道路上迈进一步，与兰根合作，成立了德意志煤气内燃机股份有限公司。经营工作占用了奥托很多的时间，于是他开始大量地招贤纳能。随着德国著名企业管理学家戴姆带着一大批年轻的工程技术专家加入奥托的公司，情况出现好转。奥托更加精神百倍地投入繁忙的管理和研究开发工作中。经过几年的努力，1875年，奥托的公司终于完成了四冲程内燃机全套设计工作，四冲程内燃机由此变得更加精巧耐用、高效可靠。1877年8月4日，奥托取得了这项划时代内燃机技术的专利权。同年，在法国巴黎举办的万国博览会上，奥托的四冲程循环内燃机获得了公认的金奖。
一个动力新时代的来临！在以后的大约十几年时间内，这种内燃机几乎垄断了全欧洲内燃机市场。有统计资料显示出，在19世纪60年代，莱诺尔式内燃机的使用量大约只有100台左右，使用范围有限，而奥托式内燃机则被大量而广泛地使用着，仅在欧洲大陆就有1000台之多。在以后的10年时间内，依照其方法生产的各式内燃机，竟高达5万余台，总马力达20万匹以上。
1891年1月26日，奥托因突发性心脏病在德国科隆去世，享年59岁。
奥托有着非凡的工程师的头脑，但他的工作信条并不是以自身的能力为依据。他始终信奉的是：根据科学和人们的需要来确定自己的研究课题。现实的需要，是他一切思考的根本出发点。
奥托是继瓦特之后又一名伟大的动力工程学家。四冲程循环内燃机是继蒸汽机出现之后，人类机械史上、动力工程领域当中的又一巨大贡献。奥托循环是当今世界上所有内燃机设计和制造都必须遵循的基本热力循环方式，它的出现为后来人类动力工程事业的蓬勃发展带来了前所未有的契机。轮船的发明、汽车的制造，乃至飞机的出现，都与此有着莫大的关系。
