Vương tử Otto sinh ngày 27 tháng 4 năm 1848, sớm hơn hai tháng theo ngày dự sưinh, tại Cung điện München. Cha mẹ ông là Vua Maximilian II của Bayern và mẹ là Vương nữ Marie của Phổ. Chú ruột của ông là Vua Othon I của Hy Lạp, trở thành cha đỡ đầu của ông.

Otto có một người anh trai, Thái tử Ludwig. Họ dành phần lớn thời thơ ấu của mình với những người hầu và giáo viên tại Lâu đài Hohenschwangau. Cha mẹ của 2 vị hoàng tử xa cách và trang trọng, họ không biết phải nói gì với Otto và Ludwig nên thường phớt lờ và thậm chí tránh mặt con cái mình.[1] Mẹ của họ quan tâm đến việc hai anh em mặc gì: bà ra lệnh cho Ludwig luôn mặc đồ màu xanh lam và Otto luôn mặc đồ màu đỏ. Cha của họ rất nghiêm khắc với các anh em, đặc biệt là Ludwig, người thừa kế ngai vàng Vương quốc Bayern trong tương lai. Từ năm 1853 đến năm 1863, hai anh em trải qua kỳ nghỉ hè tại Biệt thự Hoàng gia ở Berchtesgaden, nơi được xây dựng đặc biệt dành cho cha họ.[2][3]

Otto phục vụ trong quân đội Bayern từ năm 1863. Ông được bổ nhiệm làm thiếu úy vào ngày 27 tháng 4 năm 1863 và được nhận vào Quân đoàn thiếu sinh quân vào ngày 1 tháng 3 năm 1864. Ngày 26 tháng 5 năm 1864, ông được thăng cấp trung úy.

Vào ngày 10 tháng 3 năm 1864, Vua Maximilian qua đời và anh trai của Otto, Ludwig, kế vị làm Vua của Bayern với vương hiệu Ludwig II. Từ ngày 18 tháng 6 đến ngày 15 tháng 7 năm 1864, hai anh em đã được các hoàng đế Áo và Nga đến thăm ở cấp nhà nước.

Otto được thăng cấp Đại úy vào ngày 27 tháng 4 năm 1866 và tham gia nghĩa vụ quân sự tại ngũ trong Lực lượng Vệ binh Bộ binh Hoàng gia Bayern. Ông tham gia Chiến tranh Áo-Phổ năm 1866 và là đại tá trong Chiến tranh Pháp-Phổ năm 1870–1871. Những trải nghiệm trên chiến trường đã khiến ông bị tổn thương, dẫn đến bệnh trầm cảm và mất ngủ.[4] Khi Vua Wilhelm I của Phổ được tuyên bố là Hoàng đế của Đế chế Đức vào ngày 18 tháng 1 năm 1871 tại Cung điện Versailles, Vương tử Otto và chú của ông, Thân vương Luitpold, đại diện cho Vua Ludwig II, người đã từ chối tham gia (mặc dù đã đề nghị tước hiệu Hoàng đế cho Wilhelm trong một lá thư).[5][6] Otto sau đó đã chỉ trích lễ kỷ niệm là phô trương và vô tâm trong một bức thư gửi cho anh trai mình. Otto coi thường những người họ hàng Phổ đầy tham vọng của mình và thực sự không ưa người mẹ Phổ của mình và vì vậy họ kinh hoàng trước sự thành lập của Đế quốc Đức mới. Sự thù địch của ông không có gì là bí mật đối với chính phủ Phổ.

Otto và Ludwig thường được nhìn thấy cùng nhau trong những năm đầu trị vì của Ludwig II, nhưng họ trở nên ghẻ lạnh theo thời gian. Ludwig nhút nhát, sống nội tâm và cuối cùng trở thành một người sống ẩn dật. Otto vui vẻ, hướng ngoại cho đến Chiến tranh Pháp-Phổ. Năm 1868, Otto nhận được Huân chương Hoàng gia của Thánh George vì Bảo vệ Đức Mẹ Vô nhiễm Nguyên tội, Huân chương của Vương tộc Wittelsbach. Năm 1869, ông nhận Huân chương Mộ Thánh, theo sáng lời đề nghị của Hồng y Karl-August von Reisach.[7]