Родился в г. Фрунзе-Бишкеке. Кыргыз. Сын Каипа Оторбаева (1922 г.р.) - доктора географических наук, академика АН КирССР, директора Института экономики АН, ученого секретаря Президиума АН, ректора Киргизского Госуниверситета и председателя КЕПС при Президиуме НАН КР, в настоящее время – зав. отделом Центра экономических исследований НАН КР.

Окончил с отличием физический факультет Ленинградского государственного университета (1978), по специальности "физик"; аспирантуру Физического института АН СССР (г. Москва). Кандидат (1981). Доктор физико-математических наук (1990). Профессор (1992). Член-корреспондент Национальной Академии Наук Кыргызской Республики (1993). Действительный член Нью-Йоркской Академии наук (1995). Действительный член Американской ассоциации развития науки (1996). Автор более 220 научных работ и ряда монографий. Из них 120 научных работ и две монографии опубликовал за рубежом. Подготовил 6 кандидатов наук. Свободно владеет английским языком.

В 1982-93 - младший, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией спектроскопии плазмы Института физики НАН Кыргызской Республики. По совместительству - старший преподаватель, доцент, профессор физического факультета Кыргызского государственного университета.
В 1993-1996 - приглашенный профессор Технологического университета г.Эйндховен (Голландия).
С 1995 - научный руководитель темы, профессор естественно-технического факультета, заведующий лабораторией Кыргызско-Российского (Славянского) Университета.
С 1996 - генеральный менеджер представительства корпорации "Филипс Электроникс" в Кыргызской Республике, вице-президент корпорации по странам Центральной Азии.
В 1997 – зав. лабораторией Научно-инженерного центра "Жалын" НАН КР.
С 1997 - Почетный консул Королевства Нидерландов в Кыргызской Республике. Одновременно - руководитель представительства голландской фирмы "Филлипс Электроникс" в Кыргызстане.
В 2000-04.2006 - координатор–лидер Партии действия "Менин Олком/Моя страна". Возглавлял единый партийный список на республиканских выборах в Жогорку Кенеш Кыргызской Республики 2000 г. После выборов от депутатского мандата отказался.
В 22 августа 2001- 7 февраля 2004 (указом А.Акаева) - специальный представитель Президента КР по привлечению иностранных инвестиций.
С 30 мая 2002 - 2005 - одновременно, вице-премьер-министр.
В 2005-2006 - генеральный директор ОО "Инвестиционный круглый стол".
С весны 2006 - старший советник Европейского банка реконструкции и развития по вопросам инвестиционного климата (Великобритания).

В авг. 2010 выдвинут под №3 партийного списка партии "Ата Мекен" на парламентских выборах. Депутат Жогорку Кенеша (2010-11).

С 23.12.2011 - 6.09.2012 - вице-премьер-министр КР по экономике и инвестициям.

С 6.09.2012 - 1-й вице-премьер-министр КР.

С 26.03.2014 - и.о. премьер-министра КР.

2014-24.04.2015 - премьер-министр КР.

24.04-2.05.2015 - и.о. премьер-министра КР (правительство отправлено в отставку, но исполняет свои функции до формирования нового).

Основатель и издатель еженедельной газеты "The Times of Central Asia". Член Наблюдательного совета Американского университета в Кыргызстане. Президент "Ротари-клуба" - клуба иностранных инвесторов. Председатель наблюдательных советов двух благотворительных организаций.
Член Международного комитета по плазмахимии и Оргкомитета Международных Симпозиумов по плазмахимии.
Лауреат премии Ленинского комсомола Кыргызстана в области науки и техники (1984).

Государственный советник государственной службы 1 класса (29.12.2014)

Женат. Имеет 4-х детей.

Автор трудов: "Измерение газовой температуры плазмы низкого давления по интенсивностям молекулярных полос Н2 и Д2" (в соавт). Фрунзе, 1978; "Электронно-возбужденные молекулы в неравновесной плазме" (в соавт.). Москва, 1985; "Экспериментальные методы и теоретические модели физики неравновесной плазмы" (в соавт. с В.Лелевкиным). Фрунзе, 1988; "Electron-excited molecules in Non-equilibrium plasma". Нью-Йорк, 1989; "Physics of Non-equilibrium plasmas" (в соавт.). Амстердам, 1992.

16.09.2021 задержан и водворен в СИЗО ГКНБ - По версии следствия, Оторбаев будучи премьер-министром оказал давление на комиссию ГАООСиЛХ по проведению экологической экспертизы по Генеральному плану рудника "Кумтор", в нарушение требований Водного кодекса КР и Закона КР "О воде", в интересах иностранной компании "Кумтор Голд Компани" ("Центера Голд Инк."). Оторбаев принял распоряжение и выдал согласие на дальнейшее уничтожение ледников Лысый и Давыдов. 20.11.2021 освобожден решением Первомайского райсуда г. Бишкек под подписку о невыезде.