Отто Ульсон закончил Королевскую высшую музыкальную школу в Стокгольме, где его преподавателями были Август Лагергрен (орган), Оскар Боландер (фортепиано) и Йозеф Денте (композиция). В двадцатилетнем возрасте он начал карьеру концертного органиста, а в 1907 году занял пост главного органиста церкви Густава Васы в Стокгольме, где проработал почти 50 лет. С 1908 года он преподавал в Королевской высшей музыкальной школе в Стокгольме, а в 1926 году стал профессором органного исполнительства.
Отто Ульсону как музыканту, преподавателю и композитору была ближе всего французская музыкальная школа, его французский стиль оказал особое влияние на установку многих новых органов в Швеции, в планировании которых он как эксперт принимал участие.
Среди произведений Отто Ульсона органная, хоровая и оркестровая музыка. Большой известностью пользуется его «Реквием» соль минор op. 13 для хора, солистов и оркестра.
Похоронен на Северном кладбище (швед. Norra begravningsplatsen) в Стокгольме.