Sobrino del papa Alejandro VIII, fue erigido al cardenalato con el título de San Lorenzo in Damaso inmediatamente después de haber recibido las órdenes menores en 1689.
Miembro de la Accademia dell'Arcadia, Ottoboni atrajo a su pequeña corte -situada en el Palacio de la Cancillería-, a compositores importantísimos, tales como Arcangelo Corelli, Alessandro Scarlatti y Georg Friedrich Haendel, quienes le dedicaron algunas de sus obras más importantes.
Su regreso a Venecia en 1726 fue celebrado triunfalmente con festejos y conciertos musicales, entre los cuales destacó una colección de arias que se tituló L'Andromeda liberata, una de las cuales fue escrita por Antonio Vivaldi.
Pietro Ottoboni también fue responsable de la ola de neovenecianismo que caracterizó la pintura romana a finales del siglo XVII y comienzos del XVIII: trabajaron para él Francesco Trevisani y Sebastiano Ricci.
Encargó en 1712 la importantísima serie de los Siete Sacramentos al boloñés Giuseppe Maria Crespi (actualmente en Dresde).