Ottlik régi nemesi családból származott, felmenői között tábornokok és magas rangú állami tisztviselők is voltak. A hagyományokhoz híven őt is katonatisztnek szánták, 1923 és 1926 között a kőszegi katonai alreáliskola, majd 1926-tól 1929-ig a budai katonai főreáliskola növendéke volt. Az angolos és franciás műveltségű nagypolgári-humanista szellemű család nevelése és a katonai iskola poroszos szelleme közötti éles ellentét meghatározó szerepet játszott egyéniségének és művészetének alakulásában. Érettségi után a budapesti egyetem matematika-fizika szakára járt, és a neves matematikus, Fejér Lipót tanítványaként szerzett abszolutóriumot.
Egyetemistaként írásai jelentek meg a Napkeletben és az Új Nemzedékben, 1939-ben a Nyugat is közölte A Drugeth-legenda című elbeszélését. Ez rendkívül fontos volt számára, ahogy később írta: “A második próbálkozásomat évekkel később elfogadták, Babits azt üzente: tetszett. Ezzel befogadtak a Nyugat munkatársának. Nagyobb dicsőség soha nem ért”.
Ottlik 1933-tól a Budapesti Hírlap bridzsrovatának szerkesztője volt. A bridzsjátékkal még fiatal korában kötelezte el magát, 1937-ben már az ifjúsági válogatott tagja volt, később magyar bajnok is lett. Szakíróként is nemzetközi ismertségre tett szert, 1979-ben látott napvilágot Hugh Kelsey-vel közösen írt angol nyelvű bridzsszakkönyve, amelyet később magyarul is kiadtak Kalandos hajózás a bridzs ismeretlen vizein címmel.
Ottlikot a II. világháború idején légoltalmi szolgálatra osztották be, és módjában állt, hogy üldözött barátait, köztük Vas Istvánt is bújtassa. A háború után a Magyar Rádiónál volt műsorfelügyelő, hangjátékokat fordított, 1946-ban Valencia-rejtély címmel maga is írt egyet, de ezt a politikai változások miatt nem mutathatták be. A rádiónál szerkesztette a Huszonöt év magyar irodalma című sorozatot, 1945 és 1957 között a Magyar PEN Club titkára volt.
A negyvenes évek végétől, egyre inkább a pálya szélére szorították, a kitelepítéstől csak az Írószövetség védte meg. Ekkor bevonult az önmaga számára teremtett mikrovilágba, műfordításból próbált megélni. Nevéhez fűződik többek közt Gottfried Keller és Thomas Mann elbeszélései, Hemingway Az öreg halász és a tenger című kisregénye, Bernard Shaw és Osborne színművei vagy számos Dickens-regény magyar fordítása. Folyamatosan írt is, 1949-ben készen állt az Iskola a határon első változata, amit még tíz évig csiszolgatott.
Az irodalmi életbe 1957-ben került vissza, ekkor jelent meg Hajnali háztetők című művészregénye, amelyből 1986-ban Dömölky János készített filmet. Az Iskola a határon 1959-es első megjelenésekor nem aratott átütő sikert, csak a hetvenes években induló új írócsoport, az úgynevezett Péterek nemzedéke (Esterházy, Lengyel, Nádas, Hajnóczy) ismerte fel igazi értékeit.
Ottlikot 1960-ban a brit kormány fordításaiért Londonba hívta meg tanulmányútra. 1969-ben megjelent a Minden megvan című elbeszéléskötete, majd elhallgatott. 1980-as Próza című kötetében esszéit, tanulmányait és a vele készült interjúkat tette közzé. Munkásságáért 1981-ben József Attila-, 1985-ben Kossuth-díjat, 1984-ben Déry Tibor-, 1988-ban pedig Szép Ernő-jutalmat kapott. A nyolcvanas években sejteni engedte, hogy újabb nagyregényen dolgozik, de erről még barátainak sem árult el semmit. A regény, amelyet Ottlik Géza 1990. október 9-én bekövetkezett halála után Lengyel Péter, az író hagyatékának gondozója rendezett sajtó alá, Buda címmel jelent meg, és az 1993-as könyvhét nagy szenzációja volt. Az egyes szereplők (Medve, Bébé) azonossága miatt a kritikusok az Iskola ikerregényének tartják a művet, de azt is hangoztatják, hogy – alkotáslélektani érdekessége és kiváló részértékei ellenére – nem éri el annak színvonalát.
“Szívesen gondol az ember úgy Ottlikra, mint valamiféle biztosítékra, hogy nagy baj nem történhet. Mintha ő volna az a derék indián, aki szavatol a lady biztonságáért. Ez persze nem igaz, mert ezzel csak biztatgatjuk magunkat. Mert egy szál Ottlik ugyan mit szavatol? Nyilván az égadta világon semmit sem. Tehát bármi megtörténhet, ezt tudhatjuk máshonnan is. De azért mindannyiunk számára nagyon fontos tudni, hogy Ottlik van” – írta róla Esterházy Péter, aki egy ízben kézzel leírta az Iskola a határont – egy lapra.
Az évforduló alkalmából május 9-én egyszerre három városban, Kőszegen, Budapesten és Gödöllőn egy időben, két nyelven – magyarul és angolul – tartanak születésnapi maratoni felolvasást, ezt követően pedig egészen jövő év januárjáig harminc különböző rendezvény, felolvasóest, vetélkedő, kiállítás irodalmi séta és irodalmi konferencia várja az érdeklődőket. Kőszegen például annak a volt Hunyadi Mátyás Magyar Királyi Reáliskola és Nevelőintézetnek a falai adnak otthont a róla szóló előadásoknak, felolvasóesteknek és konferenciának, amelyet az író Iskola a határon című regényében örökített meg.