Nach langen kriegsbedingten Lazarettaufenthalten beginnt Otto Dünkelsbühler 1921 in seiner Heimatstadt München ein Kunststudium bei Julius Dietz und Willi Geiger. Schon bald wechselt er nach Berlin an die Kunstakademie und Kunstgewerbeschule, wo er bei Emil Orlik und César Klein studiert. Studienaufenthalte in Paris, London und in Italien folgen. 1922-26 ist er in München als Gebrauchsgrafiker, ab 1926 in Berlin auch als Illustrator tätig. Nach der Begegnung mit André Lhote tritt Dünkelsbühler in dessen Akademie ein und konzentriert sich zunehmend auf die Malerei. Anfang der 1930er Jahre hält er sich zum Malen in Frankreich auf und kann durch Ausstellungen auch das Interesse der Kunstsammler wecken. Doch bereits 1933 erteilen ihm die Nationalsozialisten ein Ausstellungsverbot, das bald zu einem Arbeitsverbot erweitert wird. Es folgen Malaufenthalte in Paris, Rom, London und der Provence, bevor sich Dünkelsbühler in Nagold im Schwarzwald niederlässt. Er malt dort zunächst im Verborgenen, doch eine verstärkte Kontrolle durch die Gestapo macht auch dies unmöglich. Nach Ende des Zweiten Weltkriegs intensiviert der Künstler seine Maltätigkeit. Bis 1950 beteiligt er sich an zahlreichen Ausstellungen im süddeutschen Raum, hält Vorträge und veröffentlicht Aufsätze. Die nun entstehenden Arbeiten zeichnen sich durch neue Akzente in der Komposition und eine stärkere Dominanz der Farben aus. Ab der Mitte der 1950er Jahre unternimmt der Künstler immer wieder ausgedehnte Malreisen in Deutschland, nach Frankreich, Spanien und in die Ägäis. Seit 1957 stellt er nicht mehr aus, bleibt jedoch bis in die 1970er Jahre weiterhin sehr produktiv.