Budapesten született 1936. május 20-án. Könyvelő édesapja munkaszolgálatosként halt meg a II. világháború végén, ő maga a Sztehlo Gábor evangélikus lelkész alapította gyermekotthon, a Gaudiopolis lakója volt 1945 és 1950 között. 

A focimeccseken csak kapufának beállított szótlan kisfiú korán eljegyezte magát a versírással, csodagyerekként kezelték, műveit is megjelentették, s a kis közöség egyik lapját is ő szerkesztette. Az írás egyfajta terápiaként is szolgált: művei megteltek a háborúban szerzett rossz élményekkel, szorongásokkal, emléktöredékekkel, amelyek gyermekfejjel megemészthetetlenek voltak számára – inkább kiírta azokat. 

Korai példaképe a hasonlóan félárva József Attila volt, egy későbbi versében „az árvaság balekjainak” is nevezte magukat. Korán megismerkedett emellett William Blake és Federico García Lorca művészetét is.

1954-ben az ELTE Bölcsészettudományi Karára jelentkezett magyar-könyvtár szakra, de csak két évvel később, 1956-ban vették fel. Az egyetemi évek azonban nem az elvárásai szerint alakultak. Olyannyira nem, hogy három szemeszter elvégzése után idegösszeroppanást kapott, s a kórházi gyógykezelés után már nem folytatta tanulmányait. 

1958-tól szabadfoglalkozású író volt, első verseskötete, a Fekete ünnep 1960-ban jelent meg. Ifjúkori költészetének fő jellemzője az érzelmi telítettség, az áradó képi gazdagság, verseinek fő motívumai a háború, az árvaság, az üldöztetés.

1962-ben tagja lett a Magyar Írók Szövetségének, majd 1964-ben a magyar PEN Clubnak is (ahol majd huszonöt évvel később, 1989-től az alelnöki posztot is betöltötte). 1968-ban Indiában járt tanulmányúton, élményeiről, tapasztalatairól az 1973-as Ablak a földre - Indiai útinapló című munkájában számolt be. A hetvenes évek elejétől mind nagyobb teret kaptak művészetében a műfordítások, főként angol-amerikai és spanyol nyelvű költőket ültetett át magyarra, Aranygyapjú címmel válogatott versfordításai is megjelentek, s új hang volt költészetében a gyermekverseket tartalmazó Kati-patika című kötet.

A hetvenes évek második felétől munkásságának egyik alaphangja lett az irónia, a játékos komolytalanság, amely páratlan formafegyelemmel párosult, bravúrosan keverve a klasszikus és a modern versformákat, a különféle stíluselemeket. Jó példa az 1977-ben megjelent A világ teremtése és egyéb badarságok című kötete, amelynek címadó darabja a Jean Effel szellemének ajánlott filozófiai opera, de olvashatjuk benne az ember receptjét, a mennytanács döntését a sztriptíz feltalálásáról, a paradicsom teljes konszolidálását is. Találhatunk még „badarkákat” a történelem és az irodalom köréből, valamint számos paródiát kortárs költőkről, írókról, így például (ahogy Orbán nevezte őket) Poóri Sándorról, Búsuló Juhász Ferencről, Heves Vagy Ágnesről.

1976-ban az International Writing Program keretében az Egyesült Államokba utazott, ahol előadásokat tartott, 1987-ben a St. Paul-i Hamline Egyetem és a Minnesotai Egyetem meghívott tanára volt. 1981-ben a Kortárs című folyóirat rovatvezetője lett, majd 1991-től 1998-ig ugyanott főmunkatárs volt. 1993-ban tagja lett a Széchenyi Irodalmi és Művészeti Akadémiának, 1998-tól az Élet és Irodalomnál dolgozott.

Páratlanul termékeny szerző volt, szinte évente jelentek meg verseskötetei, Hatvan év alatt a föld körül címmel háromkötetes versfordításai is napvilágot láttak, és esszéistaként is jelentőset alkotott. Munkáját azonban 1989-től egyre inkább beárnyékolta a Parkinson-kórral folytatott küzdelme, amely a számtalan kórházi és gyógyszeres kezelés után műtéthez vezetett, ez azonban csak rövid ideig hozott javulást állapotában. Orbán Ottó 2002. május 26-án halt meg.

Művészetét több rangos kitüntetéssel is elismerték: 1973-ban és 1985-ben József Attila-, 1974-ben Graves-díjat kapott, 1986-ban Déry Tibor-jutalomban részesült, 1987-ben a Radnóti Miklós-díjat, 1990-ben a Weöres Sándor-díjat nyerte el. 1992-ben „kimagasló költészeti tevékenysége elismeréseként” Kossuth-díjjal ismerték el, 1997-ben pedig több évtizedes alkotói tevékenységéért a MAOE (Magyar Alkotóművészek Országos Egyesülete), valamint a Soros Alapítvány Életműdíjában részesült.

Születésének 80. évfordulóján, 2016-ban a Magvető Kiadó két kötetet is megjelentetett: a Színpompás ostrom lángoló házakkal című kötet Kabdebó Lóránt irodalomtörténész életműinterjúját tartalmazza, a Között címet viselő könyv pedig Dérczy Péter irodalomtörténész, kritikus monografikus igényű esszékötete. (MTVA Sajtóarchívum)