Nikolaus Otto sa narodil 14. Júna 1832 v Holzhausene v Nemecku. Otto pochádzal z farmárskej rodiny. Jeho otec vlastnil miestnu poštu. Navštevoval obchodnú školu a v 16 rokoch školu zanechal.
Pracoval ako pisár- úradník a pocestný obchodný predajca čaju, kávy, kuchynského riadu a cukru na Nemeckej strane hraníc s Francúzskom a Belgickom. Otto bol ženatý s Annou Gossi a mali spolu sedem detí. Jeho najznámejším synom bol Gustav Otto, konštruktér lietadiel. Nikolaus otto sa stretol s významným konštruktérom Leinorom a spoločne pracovali na vývoji motora.
Bohužiaľ Leinorov motor bol neúspešný a počiatočné vyhliadky boli zlé. Pocítili to časom aj na popularite. Bola to čiastočná daň za problematický a obtiažný elektrický vstrekovací systém, ale hlavne najväčšiu zásluhu si pripísalo drahé palivo. V priemere 100 centimetrov kubických paliva bolo spálených na jednu konskú silu za hodinu, čo bolo príliš veľa a príliš drahé. Taktiež aj veľké množstvo požadovanej chladiacej kvapaliny zavážilo pri neúspechu projektu.
Otto vedel, že Leinorov motor bude potrebovať viac vylepšení. Ak by mal správne pracovať na tekuté palivo, tak potreboval karburátor, ktorý pre tento motor vymyslel a pracoval na zlepšovaní ďalej. V roku 1861 si nechal patentovať dvojdobý motor, ktorého palivom bol plyn.
Neskôr Otto a jeho partner, nemecký priemyselník Eugen Langen postavili podnik, kde pracovali na zlepšovaní motorov. Ich dvojdobý motor vyhral zlatú medailu v roku 1867 na svetovom veľtrhu v Paríži. Podnik sa volal N.A. Otto & Cie, čo bol prvý podnik na výrobu motorov s vnútorným spaľovaním. Podnik existuje dodnes a volá sa Klockner-Humbolt-Deutz AG. Je to najstaršia fabrika na výrobu motorov s vnútorným spaľovaním a svetovo najväčšia fabrika na výrobu vzduchom chladených dieselových motorov.
V máji 1876, Otto postavil svoj prvý štvordobý piestový motor s vnútorným spaľovaním. Bola to prvá praktická alternatíva parnému motoru. Za nasledujúcich 10 rokov sa predalo viac ako 30 000 kusov.
Ottov plynový motor mal patentovaný pod číslom: no. 365,701. Otto bol prvý, kto vyrobil štvordobý motor, napriek tomu v roku 1886 Ottov patent bol odobraný a patent bol pripísaný Francúzskemu inžinierovi Aphonse Beau de Rochas.
Konštrukciou Ottovho motora sa inšpirovali aj iní významní konštruktéri, ako napríklad Gottlieb Daimler, ktorý skonštruoval veľmi ľahký motor pripútaný na bicykel. Tento model sa nakoniec stal prvým motocyklom na svete. Daimler neskôr použil Ottov motor aj do automobilov. Karl Benz postavil trojkolku, kde taktiež použil tento motor. Ottov motor sa stal veľmi populárnym. V tých dobách vznikala aj svetoznáma firma Mercedes – Benz, ako zlúčenie Daimlera a Benza. Možno aj Ottov motor bol hnacou silou pri zlúčení oboch firiem do vzniku konzorcia, ktoré sa zachovalo dodnes.
Ottovo vnútorné spaľovanie je používané dodnes ako pohon v automobiloch, motocykloch, motorových člnoch a iných prostriedkoch dnešného života.
Nikolaus Otto zomrel vo veku 59 rokov 26.januára 1891 v Cologne.