Отец Отто Гильома, Адальберт, был соправителем отца в Италии в 950—962. После пленения и ссылки отца он безуспешно пытался бороться с императором Оттоном I. В 968 году он перебрался в графство Шалон к жене Герберге, дочери графа Ламберта, где и умер. После его смерти Герберга вышла вторично замуж за герцога Бургундии Эда-Генриха.
Не позднее 982 года Отто Гильом женился на вдове графа Макона Обри II — Эрментруде (ум. ок. 1005), дочери графа Рено де Руси (ум. 967), благодаря чему стал графом Макона и Безансона. В 980 году его отчим, Эд-Генрих, герцог Бургундии, передал Отто Гильому графство Невер, а в 982/986 году сделал своим наместником и графом Бургундии.
В 995 году Отто Гильом назначил своим наместником в Маконе старшего сына, Ги (ум. ок. 1004), а в 1002 году сделал его графом Макона.
В 1002 году умер отчим Отто Гильома, герцог Бургундии Эд-Генрих, не оставивший сыновей. Отто Гильом объявил себя герцогом, но на герцогство предъявил свои права также король Франции Роберт II, племянник покойного герцога. В результате войны 1002—1005 Отто Гильом был вынужден отказаться от притязаний на герцогство, которое было присоединено к Франции, но за ним были признаны владения и титул графа Бургундии, а также он сохранил свои права на ряд графств, входивших в состав герцогства Бургундия (Бомон, Фувен, Ошере).
После смерти старшего сына Ги I, графа Макона, Отто Гильом в 1006 году передал Макон его сыну Оттону II (его потомки владели графством до 1078 году, после чего оно вернулось к графам Бургундии), а своему второму сыну Рено — графства Амуа, Варе и Портуа.
Когда король Бургундии Рудольф III, не имевший сыновей, признал своим наследником своего племянника, императора Священной Римской империи Генриха II, тот потребовал вассальной присяги от правителей бургундских графств, что вызвало восстание, которое возглавил Отто Гильом. В течение 10 лет графство Бургундия отказывалось признавать сюзеренитет Империи.