נולד בווינה ב- 5 בדצמבר 1905. את דרכו החל ב"חלום ליל קיץ" שהפיק מקס ריינהרדט ב- 1922. באמצע שנות העשרים נתמנה פרמינגר לעוזר במאי של ריינהרדט, ומנהל במה ב"קומדיה ותיאטרון" בווינה. במקביל למד משפטים וב- 1928 קיבל תואר דוקטור בתורת המשפט. בשנים 1928 – 1934 עבד כבמאי ומפיק בתיאטרונו של ריינהרדט "יוזפשטאט". ב- 1931 ביים סרט דובר גרמנית ששמו "האהבה הגדולה".
ב- 1934 עזב את אוסטריה אל אנגליה, וב- 1935 היגר לארצות הברית. בשנים 1938 – 1941 עבד כמרצה מן המניין באוניברסיטת ייל, אחר (עד 1951) עבד בחברת "פוקס המאה העשרים", תחילה כעוזר במאי אצל ארנסט לוביטש. בשנים 1936 – 1942 הופיע כשחקן בתיאטרון ובקולנוע, וביים את ה"לייבל" (1936). אחר ביים והפיק את "מחוץ לתחום" (1938), "מקום לטעות" (גם שיחק, 1938), "ילדי היקרים" (1940, ו"זמן להגיע" (1941). השתתף כשחקן ב"החלילן מהמלן" (1942), וב"סטאלאג 17" (1953).
סרטים שביים בתקופת "פוקס המאה העשרים":" שערורייה מלכותית" ו"לורה" (1944), "מלאך האופל" ו"קיץ היובל" (1945) ."ענבר לנצח" (1947) ," דייזי קניון" (1948), "וירלפול" (1949), "סופן של המדרכות" ו"המכתב השלושה עשר" (1950) ו"פני מלאך" (1952).
ב- 1953 נהיה פרמינגר למפיק עצמאי. בין הפקותיו: " הירח הוא כחול" ו"נהר האבדון" (1953). "כרמן ג'ונס" (1954), "האיש בעל יד הזהב" ו"משפטו הצבאי של בילי מיטשל" (1955), "סט. ג'ואן" (1957), "בונז'ור טרייסטה" (1958), "פורגי ובס" ו"אנטומיה של רצח" (1959), "אקסודוס" (1960), "עצה והסכמה" (1961), "הקרדינל" (1963), "באני לייק נעדרת" (1965), "חברים טובים" (1972), "רוזבאד" (1975), ו"הגורם האנושי" (1980).
פרמינגר ביים והפיק גם מחזות בברודווי, ביניהם "הירח הוא כחול" (1951)," בחירת המבקר" (1960) ו"סגירת מעגל" של אריך מריה רמרק. (1973)
פרמינגר היה אחד הבמאים החשובים והשנויים במחלוקת של ימינו. הוא ניפץ איסורים הוליוודיים רבים, בבחירת הנושאים (לדוגמא ההתמכרות לסמים ב"האיש בעל יד הזהב", בשימוש במילים שלא נשמעו קודם על המסך הגדול (למשל בתולה, פיתוי, הריון, ב"הירח הוא כחול"), ובעבודתו עם יוצרים רבים מתוך הרשימה השחורה של הוליווד, ביניהם דלטון טרמבו, שכתב את התסריט לאקסודוס.
הייתה לו קריירה פורה ועשירה, במהלכה ביים 37 סרטים, הפיק 27 סרטים ושיחק בשבעה. ב- 1961 העניקה לו הרפובליקה של אוסטריה את אות הכבוד "הצלב הגדול", והוותיקן העניק לו את תואר אביר הקבר הקדוש עבור הסרט "הקרדינל".
אוטו פרמינגר נפטר בניו יורק ב- 23 באפריל 1986