V letech 1912–1920
Otto Rothmayer studoval na pražské Uměleckoprůmyslové škole. V roce 1921 si jej
Jože Plečnik vybral jako svého zástupce pro úpravy
Pražského hradu a
zámku v Lánech. Protože však Plečnik současně působil v Lublani, potřeboval v
Praze zástupce, který by dokázal jeho plány převést do reality – a tím se stal právě Rothmayer. Společně se podíleli také na stavbě
kostela Nejsvětějšího srdce Páně na Vinohradech. Jejich spolupráce skončila v roce 1934 abdikací
prezidenta Masaryka, kdy se Plečnik vrátil do vlasti.
Na některých projektech pracoval Rothmayer samostatně, například na
návrzích interiérů prezidentova bytu a
úpravách Tereziánského křídla Starého královského paláce. Když v roli architekta
Pražského hradu Plečnika vystřídal
Pavel Janák, Rothmayer pokračoval v započatých projektech. Jeho dílem je především impozantní síň, dnešní
Rothmayerův sál, chodba se slavnostním vstupem do
Španělského sálu, pomník padlým v
Jelením příkopu, budova lesní správy v
Lánské oboře nebo interiérové úpravy
Nového královského paláce.
Kvůli vytížení prací pro Hrad architektovi zbývalo jen málo prostoru pro další práci. Jednou z mála jeho staveb je vlastní
Rothmayerova vila v pražských Střešovicích. Budova inspirovaná středomořskou tradicí patří ke skvostům moderní architektury 20. století. Pečuje o ni
Muzeum města Prahy, expozice je věnovaná životu a dílu Otty a Boženy Rothmayerových i architekta Jože Plečnika.
V zahradě vily vznikly známé fotografické cykly Rothmayerova přítele
Josefa Sudka, architektův syn Jan se posléze stal Sudkovým pomocníkem a žákem. Jeho černobílé fotografie zachycující proměny zahrady i interiérů posloužily jako důležitý pramen při rekonstrukci vily před jejím zpřístupněním.
V letech 1946–1951 Rothmayer působil jako profesor na
pražské Uměleckoprůmyslové škole, kde vychoval řadu vynikajících architektů i průmyslových výtvarníků. I po odchodu do důchodu se věnoval navrhování muzejních a galerijních expozic, například pro
Uměleckoprůmyslové museum v
Praze nebo
Muzeum skla a bižuterie v
Jablonci nad Nisou.