尼古拉斯·奥古斯特·奥托（Nikolaus Otto），1832年6月14日出生于德国莱法州的霍尔茨豪森，一个并不富裕的工匠家庭。他的父亲是一位制表匠，母亲则是农民。然而，奥托的父亲在他年幼时因病去世，家庭的经济状况更加拮据。尽管如此，奥托在学校中表现出色，经常获得奖学金补贴家用。然而，16岁的他因家庭经济困难而被迫辍学，开始在法兰克福的一家杂货店打工。
虽然未能进入大学学习机械工程，但奥托对机械充满热情，他白天工作，晚上则埋头于机械书籍。19世纪中叶，蒸汽机的广泛应用暴露出其笨重和低效的缺点，人们开始探索内燃机的可能性。1854年，奥托读到了一篇批评内燃机的文章，这激发了他改进蒸汽机、发明新型动力设备的决心。
在缺乏专业指导的情况下，奥托凭借自学和实践，逐渐形成了内燃机动力方式的四冲程思想，即后来被称为“奥托循环”的理论。这一循环方式能够最大限度地提高燃料的利用率，因此也被视为“理想循环”。1867年，奥托带着他制造的二冲程内燃机参加了巴黎世博会，并获得了金奖，这标志着他在内燃机领域的初步成功。
1866年，奥托下定决心改进内燃机，他研究了法国铁道技师德罗夏关于四冲程内燃机的论文，并成功试制出动力史上有划时代意义的立式四冲程内燃机。1876年，他进一步研发出第一台实用的活塞式四冲程煤气内燃机。这台单缸卧式内燃机运转平稳，同时具备了燃料压缩和四个冲程（吸气、压缩、做功、排气）的功能，解决了当时内燃机的两个主要问题，并于1877年8月取得了发明专利。
奥托的四冲程内燃机相比之前的二冲程发动机，功效更高、更平稳，其工作原理一直沿用至今。这一发明不仅为现代汽车的制造提供了可能，也为其他使用内燃机作为动力的机械奠定了基础。因此，奥托被誉为内燃机之父和引擎大王。
奥托的发明迅速得到应用和推广。1872年，他与兰根成立了道依茨燃气发动机公司，对四冲程内燃机进行全套设计，迈出了内燃机产业化的第一步。1885年，奥托将内燃机安装在自行车上，制造出了世界上第一台摩托车。随后，道依茨公司的前设计师戴姆勒利用奥托的四冲程引擎制造出了第一台四轮汽车。
奥托的一生虽然短暂，但他以其创新精神和开创性的发明被世人铭记。德国曾两次发行与奥托及奥托循环相关的纪念邮票，他在美国的《影响人类历史进程的100位杰出人物》一书中名列第64位。奥托的四冲程内燃机不仅引发了世界能源动力装置的变革，也标志着人类历时200多年寻找适用于小型机械动力源的艰难历程就此结束。