Президент Международного астрономического союза в 1952—1955 гг.
Участник Первой мировой войны, участник Белого движения на Юге России в составе дроздовских частей, галлиполиец, эмигрант.
Отец Отто Струве принадлежал к династии астрономов из рода Струве, мать принадлежала к знаменитому роду математиков Бернулли.
Отто Струве в 1909 г. поступил в Харьковскую гимназию № 3 и окончил её с отличием. В 1915 г. поступил на первый курс физико-математического факультета Харьковского университета. Его отец, известный астроном Людвиг Струве почти 25 лет возглавлял Харьковскую обсерваторию
В 1916 году Отто Струве вынужден был прервать своё обучение в университете, и, по совету отца, не дожидаясь мобилизационной повестки, 1 июня 1916 года поступил на ускоренный курс обучения в Михайловское артиллерийское училище в Санкт-Петербурге. 15 февраля 1917 года вместе со своим выпуском произведён в прапорщики с зачислением по полевой лёгкой артиллерии. Отправлен на Турецкий (Кавказский) фронт, куда прибыл 1 марта 1917 года. Зачислен в списки 2 дивизиона 123 артиллерийской бригады. 20 мая 1917 года перезачислен во 2-ю бригаду этой же части. За боевые заслуги произведён в подпоручики и назначен 15 июня 1917 года командиром взвода батареи, а 10 ноября 1917 года — старшим офицером батареи. В марте 1918 года с подписанием большевиками Брест-Литовского мира был демобилизован и возвратился в Харьков.
В Харькове Струве вернулся к прерванному обучению. Он сдал экзамены за полный курс обучения, получил диплом 1-й степени и предложение остаться в университете для подготовки к профессорскому званию. С 26 июня 1919 года состоит преподавателем школы-мастерской точной механики при физико-математическом факультете Харьковского университета.
С приходом в июне 1919 года в Харьков отрядов Добровольческой армии генерала А. И. Деникина фронтовой офицер-артиллерист Струве вступил в её ряды. Позже в своих воспомнианиях, опубликованных в 1959 году, он назовёт этот поступок наибольшим актом самопожертвования в своей жизни. Далее он скажет:
Американские историки науки пишут, что «очень мало известий дошло до нас об участнии О. Струве в Русской гражданской войне» В материалах Калифорнийского университета (Банкрофская библиотека, личный фонд Отто Струве) хранятся материалы личного дела подпоручика Дроздовской артиллерийской бригады Оттона Людвиговича Струве. В нём записано: против большевиков с 26 июня 1919 года… Ранен в руку под селом Головкино 26 июля 1919 года, остался в строю.
Отто Струве был эвакуирован из Крыма в составе частей Русской армии в ноябре 1920 года.
Осенью 1921 г. Отто Людвигович приезжает в Нью-Йорк. Здесь он работает ассистентом в Йеркской обсерватории, параллельно учится и в 1923 году получает докторскую степень в Чикагском университете.
В период с 1932 по 1947 год — директор Йеркской обсерватории. Впоследствии, после проведения кропотливой работы по планировке и строительству обсерватории Макдональд возглавляет этот научный центр (1939—1947).
В 1947 году возглавил астрономическое отделение Калифорнийского университета (в Беркли), в 1950—1959 руководил Лейшнеровской обсерваторией при этом университете. Был первым директором Национальной радиоастрономической обсерватории США в Грин-Бэнке.
Умер Струве в больнице города Беркли 6 апреля 1963 года, на 66-м году жизни.
Основные научные работы Струве относятся к звёздной спектроскопии. На протяжении многих лет учёный занимался изучением спектрально-двойных звёзд. Совместно с К. Т. Элви в 1937—1938 разработал и впервые построил в обсерватории Макдональд небулярный спектрограф. Подготовил вместе с М. Хак четырехтомную серию сборников «Звездная спектроскопия», изданную М.Хак уже после его смерти. Совместно с Г. А. Шайн разработал метод определения скорости осевого вращения звёзд, нашёл скорости вращения большого числа звёзд. В 1952 г. Струве выдвинул идею обнаружения экзопланет методом Доплера.