Родилась Октавия Батлер в Пасадене (штат Калифорния) 22 июня 1947 года. Отец умер рано, и воспитывала ее одна мать. Из-за болезненной застенчивости и развившейся дислексии, Октавия очень плохо училась в средней школе. Затем продолжила свое обучение в Пасаденском колледже (1965—1968 годах). В этот перидо Октавии Батлер приходилось работать днем, а на вечерних занятиях она изучала литературу. После колледжа она поступила в Университет штата Калифорния, посещала курсы, но так как «переключилась» на обучение в семинарах, она его не закончила. В 1969—1970 годах Батлер занималась в рамках «Программы открытых дверей Гильдии американских сценаристов Запада» (Open Door Program of the Screen Writers' Guild of America, West). А летом 1970 года, под патронатом Харлана Эллисона, начала посещать знаменитый шестинедельный «Кларионский семинар» (Clarion Science Fiction and Fantasy Writers Workshop) в городе Кларион (штат Пенсильвания). После этого Батлер полностью переключилась на литературу. Долгое время жила в Лос-Анджелес. В восьмидесятых годах была приглашена в СССР в составе делегации американских авторов. В ноябре 1999 года Октавия Батлер переезжает в Сиэтл, где на деньги гранта от Макартуровского общества покупает себе дом. Ведя в основном затворнический образ жизни, она являлась частым гостем «Кларионского семинара», состояла членом женского общества «Delta Sigma Theta Sorority», а также состояла консультантом в правлении "Музея научной фантастики и Зала славы (Science Fiction Museum and Hall of Fame) в Сиэтле.
В последние годы жизни Октавия Батлер страдала высоким давлением крови и сердечными приступами. Последний десяток лет она потратила много денег на лечение болезни, но ее охватывала все большая апатия и сонливость..
Октавия Батлер умерла 24 февраля 2006 года в больнице «Northwest Hospital».
Дебютом был рассказ «Пересечение» (англ. Crossover, 1971), который был опубликован в первой Кларионской антологии. Второй рассказ «Искатель детей» (о войне телепатов друг с другом из-за того, что они не могут скрывать свои помыслы и тайники души друг от друга), был куплен Харланом Эллисоном для своей антологии «The Last Dangerous Visions», которая так никогда и не увидела свет.
В 1976 году выходит из печати первый роман Отавии Батлер — «Хозяйка матрицы». Этот роман, над которым она работала в течение двух лет, положил начало серии книг об обществе экстрасенсов, образованном бессмертной «нематериальной» Доро, которая меняет тела на протяжении нескольких тысячелетий, плетет свою телепатическую сеть, объединяющую людей разных стран и социальных уровней, и в итоге создает империю-утопию.
Роман 1979 года Родня признают самым известным. Его героиня, чернокожая современница Батлер, совершает путешествие во времени ради спасения белого человека. Волею случая, она попадает из 1976 года в южные штаты прошлого века, где ей на собственном опыте приходится испытать, что значит быть рабыней. Интересно, что эта книга несколько раз отклонялась различными издательствами, но уже спустя некоторое время, после выхода, вошла в программы многих учебных заведений США.
С 1998 года у Октавии Батлер было так называемое «литературне затишье». Вышедший после этого роман «Fledgling» (2005), о молодой чернокожей девушке Шори Мэтьюз, страдающей припадками амнезии. В финале героиня узнает, что она на самом деле является 53-летним вампиром с генетически измененной структурой, позволяющей ей спокойно переживать дневной свет.