פחת וארבורג. קרוב לתחילת המאה השמונה עשרה נפרדו בני המשפחה במשלוחי-ידם לשני ענפים: האחד פנה לעסקי בנקאות ויסד את הבנק הנודע של בית וארבורג בהמבורג, וממנו יצא סעיף שהשתקע בסוף המאה התשע עשרה בארצות הברית של אמריקה; הענף השני יסד ופיתח את סחר-המשי בגרמניה ומחוצה לה, והקים את בתי המסחר הגדולים למשי בצרפת (ליאון), באנגליה ובארצות אחרות. אביו של אוטו, פיתח את בתי העסק שלו (למשי) בארצות שונות מחוץ לגרמניה, ובעושרו עלה על בני וארבורג הבנקאים. במותו הניח כחמשה מליון מרק, ושליש מזה נפל בחלקו של אוטו. אבל רכושו של אוטו גדל עוד על-ידי ההון שהכניסה לו אשתו, והגיע עד כדי שני מליון מרק). משפחתו המתבוללת נתנה לו חינוך גרמני. אחרי גמרו את לימודיו במדעי הטבע באוניברסיטאות שבגרמניה עשה 4 שנים (1889-1885) במסעיו בארצות דרומה ומזרחה של אסיה והתמסר בעיקר לחקר הצמחים הטרופיים, וכשחזר הוציא את מחקריו בשני כרכים גדולים, שהקנו לו שם ופרסום בעולם המדע, ונתמנה לדוצנט ואח"כ לפרופסור מן המנין לבוטאניקה באוניברסיטת ברלין. הצטרף לועד הכלכלי, שטיפח מפעלי מטעים של חברות ויחידים במושבות גרמניה שבאפריקה, עזר להם בעצה ובהדרכה מדעית, וגם מהונו השקיע במפעלים אלה. ערך את העתון המקצועי הגרמני לעניני מטעים טרופיים.
ב-1892 נשא לאשה את חנה בת הציוני הותיק גוסטאב גבריאל כהן מהאמבורג, ובאמצעותו התקרב ואח"כ גם נמשך לתנועה למען התישבות יהודית בארץ-ישראל במגמת התחיה הלאומית, והחל לפעול בחברת "עזרא" הברלינית (לא חברת "עזרה", בגרמנית "הילפספראיין", שנודעה אחרי שנים רבות בפעולתה החינוכית בארצנו, אלא חברת "עזרא'', שהיתה בעצם תנועת "חובבי ציון" של יהודי גרמניה ועזרה להתישבות בארץ, בין השאר בהלואות לבנין הבתים הראשונים בכפר סבא). התקרב להרצל בשנים הראשונות לקיום ההסתדרות הציונית, סיפק לו פרטים תיאוריים לכתיבת הרומאן-החזון "אלטנוילאנד" ("תל-אביב, כפי שנקרא בתרגומו העברי של נחום סוקולוב). נתן יד גם להתישבות יהודית מחוץ לא"י ולרגל חקירותיו באפשרויות גידול כותנה באסיה הקטנה השתתף ב-1900 ביסוד המושבה "מסילה חדשה" ליד איסטנבול והתענין בתכנית ממשלת טורקיה לתת אדמת חנם ליהודים מרומניה להתישבות באנאטוליה.
ב-1901 נכנס לועד הכלכלי הציוני ותרם מידיעותיו ומעבודתו לחקירת הבעיות המעשיות. ב-1902 הזמינהו הרצל לעמוד בראש משלחת של מומחים לבדיקת ההצעה בדבר כינון התישבות ציונית באל-עריש, שבסוף לא יצאה לפועל. ב-1903 השתתף כציר בקונגרס הציוני הששי ועמד לצד הרצל לתמוך בהצעת-אוגאנדה, אף כי היה גם מתנגד עיקרוני להרצל, שהעמיד בראש את התביעה הפוליטית ל"צ'ארטר", ואילו הוא צידד בהעדפת העבודה המעשית בכל הדרכים האפשריות, כדי ליצור עובדות כלכליות, שבסוף תצמחנה גם פרי פוליטי. משנדחתה הצעת-אוגאנדה דרש להרחיב את הפעולה המעשית בארץ-ישראל באמצעות הועדה הארצישראלית שעמד בראשה. באמצעות ועדה זו הוצא ירחון בשם "אלטנוילאנד" ואורגנה משלחת לחקירת אזור ים המלח בראשות הגיאולוג הגרמני בלאנקנהורן ואהרן אהרנסון, ומגמתו היתה להרבות בבדיקות ובחקירות לשם הכרת הארץ ואוצרות-הטבע שבה, כדי לתכנן ולבצע את יצירת הבסיס הכלכלי של ההתישבות היהודית בשיטה מדעית יעילה. כן השקיע הרבה יזמה ותכנון ביצירת מפעלים כלכליים, כגון: מפעל "תרומת עצי זית" ליד הקהק"ל לשם יעור הארץ בעצים נושאי פרי, שהכנסתם תוקדש למפעלי תרבות בארץ, "סינדיקט לתעשיה" (אליו משך גם הון של יהודים עשירים לא-ציונים), יסוד בית-הספר למלאכת-אמנות "בצלאל" (גם הוא בעזרת לא-ציונים), הציע לרכוש את המניות של חברת מסילת-הברזל יפוירושלים, עשה מאמצים להשיג זכיונות לניצול אוצרות הטבע של הארץ, השתתף בהונו ביזמה של קבוצת יהודים מדרום אפריקה לרכישת 25 אלף דונם קרקע ליד עזה, וכן "השתתף" לא פעם בכספו בתשלום שכר לאנשי מינהל ומקצועות, שהזמין לעבודות שונות על סמך החלטות והקצבות של הקונגרס והועד הפועל הציוני ובסוף, כשהכספים לא ניתנו מאת ההסתדרות הציונית, שילם להם מכספו.
בקונגרס הציוני השביעי (הראשון אחרי מות הרצל) נבחר לועד הפועל המצומצם, ממנו נבחר לנשיאות בת שלשת החברים, בה הכריע יותר ויותר בעד העבודה המעשית בארץ, בניגוד לאגף המדיני שבהנהגה, שעמד על המשכת הקו ההרצליאני (דוד וולפסון, מכס נורדאו, האחים מארמורק ועוד), שלפיו קודמת השגת ה"צ'ארטר" המדיני לעבודה המעשית. בעקב התפטרותו של וולפסון מהנשיאות בקונגרס העשירי (אוגוסט 1911) נבחר הוא לנשיאה השלישי של ההסתדרות הציונית העולמית והעביר את מרכזה לברלין, ומעתה עברה ההסתדרות הציונית למסלול העבודה המעשית. הפרופ' וארבורג משך את הד"ר א. רופין לעבודה ציונית. לפי הצעתו נשלח לביקור ממושך בארץ לשם לימוד התנאים והאפשרויות, ואח"כ הועמד בראש המשרד הארצישראלי, ששימש זרוע מבצעת של פעולות-ההגשמה של ההס