Geólogo y explorador sueco. Participó en varias de las expediciones científicas efectuadas en los siglos XIX y XX para ampliar los conocimientos geográficos, físicos y etnográficos de las regiones más alejadas de los núcleos culturales de Europa. Publicó sus aventuras y experiencias en Tierra del Fuego, Patagonia, el Polo Sur, Alaska y Groenlandia. Tuvo especial interés en estudiar los afluentes del Amazonas, y en explorar la cordillera de los Andes en Chile y Perú.
Nació en Hasslebu, Suecia. Hijo de un oficial del ejército, estudió en Upsala. La vocación de explorador le venía de familia, pues su tío era el barón Nils de Nordenskjold, quien viajó por la región Artica, el Spitzberg y Siberia. En 1895 Otto organizó una expedición a Tierra del Fuego, en la que estudió su fauna, geografía y etnografía; en 1898 visitó Alaska. Pero su nombre está especialmente vinculado a la expedición a la zona antártica que llevó a cabo entre 1901 y 1904, célebre por los resultados científicos conseguidos y por las dramáticas aventuras que, junto con la tripulación del Antartic , hubo de afrontar tras el naufragio del barco en 1903. Divididos en tres grupos, ignorantes de su recíproca suerte, los hombres de Nordenskjold se vieron obligados a invernar en tres localidades distintas, dirigiendo siempre sus esfuerzos a explorar zonas desconocidas, como las islas Sherland del Sur y la isla de Seymur. En octubre de 1903, en una excursión en trineo, Nordenskjold encontró a dos de sus hombres en un estado lamentable; ellos contaron que el barco había quedado bloqueado por el hielo impidiéndoles reunirse con su grupo, y que el frío intenso los había obligado a invernar, solitarios, en las inmensidades heladas. Superando grandes dificultades, ambos marinos fueron llevados al campamento.
Un barco de socorro enviado por las autoridades argentinas, el Uruguay , pudo al fin localizar y recoger a los sobrevivientes. Esta expedición no realizó importantes descubrimientos geográficos, pero trajo magníficas colecciones de plantas fosilizadas, de gran valor científico. Nordenskjold narró la temeraria aventura en los libros Dos años entre los hielos del Polo Sur y Resultados científicos de la expedición sueca al Polo Sur .
En 1920 visitó Groenlandia meridional para realizar estudios de geofísica y de etnografía, y publicó sus experiencias en el texto Groenlandia sudoccidental danesa . En los años siguientes contribuyó con varios trabajos de divulgación, entre ellos El mundo polar y La naturaleza polar , al conocimiento y estudio de los problemas polares. Falleció en Goteborg.