Avocat de profession et pilote amateur suisse, Ottorino Volonterio débute sa carrière en compétition automobile au début des années 1950. Ce « gentleman-driver » s'engage de manière indépendante dans des épreuves de voitures de sport et des courses de Formule 1 hors championnat, principalement avec des modèles de la marque Maserati.
En octobre 1954, il participe à sa première manche du championnat du monde de Formule 1 lors du Grand Prix d'Espagne, sur le circuit de Pedralbes. Au volant d'une Maserati 250F, il partage sa voiture avec son compatriote Toulo de Graffenried, mais ils sont contraints d'abandonner à cause d'un problème moteur.
Au cours des années suivantes, il alterne entre la monoplace et l'endurance. En 1955, il pilote une Maserati A6GCS dans plusieurs courses de voitures de sport en Europe, tout en participant à des Grands Prix de Formule 1 hors championnat.
En 1956, il participe au Grand Prix d'Allemagne sur le Nürburgring, mais termine non classé, avec six tours de retard. Sa dernière apparition en championnat du monde de Formule 1 a lieu en septembre 1957, lors du Grand Prix d'Italie à Monza. Toujours au volant d'une Maserati 250F privée, il gère sa course et franchit la ligne d'arrivée en onzième position.
Il continue de courir de manière sporadique dans des épreuves internationales de Formule 1 hors championnat jusqu'en 1959, puis ne court plus qu'en Grand Tourisme sur Alfa Romeo jusqu'en 1972, avec des résultats mitigés, avant de cesser toute activité sportive l'année suivante pour se consacrer pleinement à ses activités juridiques.
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