Otto Frank estudió medicina en Múnich y Kiel entre 1884 y 1889 (con licencia en Múnich en 1889). Entre 1889 y 1891 se formó en matemáticas, química, física, anatomía y zoología en Heidelberg, Glasgow, Múnich y Estrasburgo. Luego trabajó hasta 1894 como asistente de Carl Friedrich Wilhelm Ludwig en el Physiologisches Institut de Leipzig. Allí en 1892 completó sus estudios de doctorado (doctorado).

Posteriormente, a partir de 1894, Frank trabajó como asistente en el Instituto Fisiológico de Carl von Voit en München, donde estudió la función cardíaca utilizando enfoques derivados de análisis termodinámicos anteriores de la contracción del músculo esquelético. Su trabajo sobre el comportamiento del músculo cardíaco fue el tema de su trabajo postdoctoral. En 1902 se convirtió en un Profesor Extraordinario y de 1905 a 1908 emprendió nuevos trabajos sobre este tema antes de convertirse en profesor titular (Ordinariat). Luego regresó a München para continuar este trabajo. Carl J. Wiggers visitó el laboratorio de Frank en 1912 y encontró a Frank un «analista brillante, un hábil sistematizador, un matemático talentoso y un pensador creativo»…»pero reservado y difícil de trabajar. Wiggers regresó a los Estados Unidos en el otoño de 1912 después de haber «contrabandeado» copias de algunos de los equipos de Frank, a pesar de que Wiggers y Frank parecen haber mantenido relaciones cordiales posteriormente. Frank parece haber sido un profesor exigente y Richard Bing, editor del Journal of Molecular and Cellular Cardiology, que estudió con Frank, lo recordó como»…un terror sagrado, una mediocridad odiosa, y muchos estudiantes mordieron el polvo en el examen de Fisiología’. Frank continuó trabajando en Múnich hasta su jubilación forzosa en 1934 debido a su oposición al régimen nazi.