Немско-американският биохимик Ото Фриц Майерхоф е роден в Хановер в семейството на еврейския търговец Феликс Майерхоф. Семейството се премества в Берлин, където Ото получава средно образование, завършвайки гимназията ‘Вилхелм’. Когато става на шестнадесет години, се оказва прикован към леглото от заболяване на бъбреците. По време на болестта си , Майерхоф чете много, особено произведенията на Гьоте. След като оздравява, заедно с братовчед си Макс, занимаващ се с физика, заминава на четиримесечно пътешествие в Египет. Оттогава се появява трайният му интерес към археологията.
Когато стъпва твърдо на краката си, Майерхоф започва да изучава медицина във Фрайбургския, Берлинския, Страсбургския и Хайделбергския университет, следвайки немската традиция да се учи най-малко в два университета. През 1909 г. получава медицинска степен в Хайделбергския университет, защитавайки дисертация за психологическата теория за умствените разстройства и започва да пише книгата "За психологическата теория на умствените разстройства, издадена през 1912 г.
През следващите три години работи като асистент в отделението по вътрешни болести на Хайделбергската клиника.Там среща Ото Варбург, който му оказва толкова силно влияние, че Майерхоф престава да се занимава с психология и психиатрия и се пренасочва към експериментални биохимични изследвания.
Известно време работи в зоологическата станция в Неапол - Международен център за биологически изследвания. През 1912 г. става сътрудник във физиологическото отделение на Килския университет, а през следващата година получава длъжността университетски преподавател по зоология.
Майерхоф първи използва концепциите на термодинамиката за анализ на клетъчни реакции. Той излага своята теория в лекция по биоенергетика на клетъчните процеси, прочетена през юли 1913 г. По това време подробностите за метаболизма на въглехидратите още не са съвсем ясни. Известно е, че въглехидратите се натрупват в черния дроб и мускулните клетки във вид на гликоген - подобно на скорбяла съединение, съставено от вериги глюкозни молекули, а също и това, че процесът на биохимично разграждане на гликогена и глюкозата се осъществява по два начина: аеробен, нуждаещ се от кислород, и анаеробен, протичащ в отсъствие на кислород.
Аеробното разграждане на въглехидратите завършва с образуване на въглероден двуокис и вода; анаеробното - с образуване на млечна киселина и лактат. Експерименталната методика на Майерхоф включва определяне и съпоставка на корелациите между клетъчното поглъщане на кислород (дишането), клетъчното произвеждане на топлина (термодинамиката), биохимичните процеси в клетките и механичната работа, изпълнявана от специализирани мускулни клетки.
През 1917 г. Майерхоф доказва, че въглехидратните ферментни системи на клетките на маята и животинските клетки са сходни, потвърждавайки с това концепцията за биохимичното единство на живота.
През 1918 г., почти в края на Първата световна война, Майерхоф за много кратко време служи на френския фронт като офицер от медицинската служба на немската армия. След войната е назначен за асистент в Килсикя университет. Като подновява изследванията си, той започва да търси обяснения за клетъчните функции от позициите на физическата химия. Изучавайки свиването на жабешките мускули, Майерхоф измерва количеството на погълнатия кислород и образувалата се млечна киселина както при наличието, така и при отсъствието на кислород. Той доказва, че при анаеробна гликолиза се образува млечна киселина и че при наличие на кислород едва 1/5 от клетъчната млечна киселина (лактат) се окислява напълно до въглероден двуокис и вода. Опирайки се на това, Майерхоф стига до извода, че клетъчната енергия, получавана за сметка на окислителните процеси, се използва от клетката в циклична реакция за повторен синтез на глюкозни молекули от остатъчния лактат, съдържащ се в клетките.
През 1922 година Майерхоф, заедно с Арчибалд Хил, получават Нобелова награда за медицина и физиология за откриване на тясната взаимна връзка между процеса на поглъщането на кислород и метаболизма на млечната киселина в мускулите.
Скоро след получаването на Нобеловата награда Майерхоф не е утвърден за завеждащ катедра в Кьолнския университет вероятно заради еврейския му произход. Но членовете на Дружеството ‘Кайзер Вилхелм’ му осигуряват лаборатория и през 1924 г. той е назначен за професор в Биологичния институт ‘Кайзер Вилхелм’ в Берлин, където възпитава цяла плеяда от биохимици, сред които Ханс Кребс, Фриц Липман и Северо Очоа. След като един от неговите сътрудници, Карл Ломан, открива, че най-важната молекула, управляваща биохимичните реакции, е аденозинтрифосватът (АТФ), Майерхоф и Ломан описват ролята на АТФ за мускулните свивания. През 1929 г. Майерхоф е назначен за директор на новосъздадения Институт за медицински изследвания ‘Кайзер Вилхелм’ в Хайделберг. В книгата си "Биохимични изследвания на мускулните клетки" той изказва предположение, че всички биологични явления, с изключение на някои мисловни процеси, могат да бъдат теоретично обяснени с помощта на физикохимични понятия.
През 1932 г. Майерхоф и неговите колеги екстрахират ферменти за основните биохимични реакции, протичащи при превръщането на глюкозата в млечна киселина. Този основен клетъчен път на въглехидратния метаболизъм се нарича също път на Ембден-Майерхоф.
През 1938 година Майерхоф и съпругата му напускат Германия. Те заминават отначало за Швейцария, а след това за Париж, където Майерхоф продължава своите изследвания в Института за физикохимична биология. След завземането на Париж от немските войски обаче, съпрузите търсят убежище в Южна Франция, после се прехвърлят през Пиренеите в Испания и накрая заминават за Съединените щати.
Там Майерхоф се среща със своя колега Хил, който успява да получи субсидия от Рокфелеровия фонд за учредяване в Пенсилванския университет на длъжността професор специално за немския учен. През летните месеци Майерхоф продължава да се занимава с биоенергетика на клетъчните процеси в лабораторията по морска биология в Уудс хол (щат Масачузетс).
Майерхоф умира на 6 октомври 1951 година във Филаделфия на 67-годишна възраст, след втори инфаркт.