1956 წელს დაამთავრა თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ფილოლოგიის ფაკულტეტი ჟურნალისტიკის განხრით. 1958-1964 წლებში მუშაობდა ჟურნალ „ცისკარში“. 1964–1973 წლებში იყო შოთა რუსთაველის სახელობის სახელმწიფო პრემიის რესპუბლიკური კომიტეტის პ/მგ მდივანი, 1973-1981 წლებში ჟურნალ „საბჭოთა ხელოვნების“ მთავარი რედაქტორი, ხოლო 1981-1987 წლებში საქართველოს მწერალთა კავშირის გამგეობის მდივანი. 1991 წლიდან დრამატურგიის კურსი მიჰყავდა საქართველოს თეატრისა და კინოს სახელმწიფო ინსტიტუტში, 1997 წლიდან იყო ჟურნალ „მნათობის“ მთავარი რედაქტორი. პირველი ლექსები გამოაქვეყნა ალმანახში „პირველი სხივი” 1952 წელს, 1959 წელს გამოსცა პირველი პოეტური კრებული „მატარებლები და მგზავრები’’. მას შემდეგ მისი მრავალი წიგნი გამოქვეყნდა. მის კალამს ეკუთვნის არაერთი ლექსი, რომანი, თუ მოთხრობა. მათ შორის აღსანიშნავია: 'თიხის ფირფიტები' (1963 წ), 'რკინის საწოლი' (1968 წ), 'ცხრა პოემა' (1969), 'გულის მეორე მხარე' (1974), 'გახსოვდეს სიცოცხლე' (1984). ოთარ ჭილაძემ ერთ-ერთმა პირველმა დაამკვიდრა ქართულ ლიტერატურაში ახალი ტიპის ლირიკული პოემა. 70-იანი წლებიდან ნაყოფიერად იღვწის პროზაშიც. საყოველთაო აღიარება მოუტანა რომანებმა: 'გზაზე ერთი კაცი მიდიოდა' (1973), 'ყოველმან ჩემმან მპოვნელმან' (1976), 'რკინის თეატრი' (1981), 'მარტის მამალი', 'აველუმი', 1983 წელს მიენიჭა რუსთაველის პრემის რომანისთვის "რკინის თეატრი". ო. ჭილაძემ თარგმნა ლონგფელოს "ჰაიავაჩას სიმღერა", ა. პუშკინის პოემები, უ. რასინის "ფედრა". მისი თხზულებები თარგმნილია მრავალ ენაზე. 1993 წელს მწერალს მიღებული აქვს საქართველოს სახელმწიფო პრემია, 1997 წელს ილია ჭავჭავაძის, ხოლო 1983 წელს შოთა რუსთაველის სახელობის პრემია. იყო თბილისის საპატიო მოქალაქე, ხოლო 1999 წელს მწერალი დასახელებული იყო ნობელის პრემიის ნომინანტთა სიაში. 1997 წლის 31 მარტს დაჯილდოვდა საქართველოს ღირსების ორდენით. 2003 წელს მიიღო „საბა“ საუკეთესო რომანისთვის „გოდორი“. გარდაიცვალა 2009 წელს.