Otto Julius Bierbaum wächst in Dresden und Leipzig auf, wo sein Vater, ein gelernter Zuckerbäcker, ein gutgehendes Bierlokal führt. An seine Schulzeit im Dresdener Freimaurer-Institut erinnert sich der Autor nur ungern, auch danach wechselt der junge Bierbaum mehrmals das Gymnasium, bis er schließlich 1885 das Studium mehrerer geisteswissenschaftlicher Fächer an der Universität in Zürich aufnimmt. In Folge studiert er in Leipzig, München und Berlin und ist überdies als Journalist für verschiedene Zeitungen tätig. In München beginnt Bierbaum, sich der Schriftstellerei zu widmen und veröffentlicht erste Gedichtsammlungen: Liliencrons Gedichte (1890), Deutsche Lyrik von heute (1891) und Modernes Leben (1892). Gemeinsam mit Michael Georg Conrad, Hanns von Gumppenberg, Georg Hoffmann und Julius Schaumberger gründet er die Gesellschaft für modernes Leben, die sich die Förderung moderner Literatur zum Ziel setzt. 1891 erscheint erstmals die Zeitschrift Modernes Leben, Bierbaum firmiert als Herausgeber. Er ist Mitbegründer des der Kunstzeitschrift Pan und Mitarbeiter des Simplicissimus. Aus gesundheitlichen Gründen zieht Bierbaum von München nach Diessen, wo er seine erste Frau, Gusti Rathgeber, kennenlernt. Nach vier Jahren in Bayern kehrt Bierbaum 1894 nach Berlin zurück und übernimmt dort die Redaktion der Freien Bühne. Als sein Nervenleiden wieder zunimmt, mietet er sich in Südtirol ein Schloss, um dem hektischen Leben in Berlin zu entfliehen. Die drei Jahre auf Schloss Englar in Eppan zählen zu den produktivsten in Bierbaums Leben. Hier verfasst er Prosawerke wie Pankrazius Graunzer (1896), Die Schlangendame (1896) sowie Das schöne Mädchen von Pao (1899). 1897 erscheint sein erster Roman Stilpe, der den Beginn des deutschen literarisch-politischen Kabaretts kennzeichnet und beispielsweise Ernst von Wolzogen zur Gründung seines Kabaretts Überbrettl angeregt haben soll.
1899 gründet er gemeinsam mit Alfred Heymel und Rudolf Schröder die Literatur- und Kulturzeitschrift Die Insel, aus der 1901 der Insel Verlag hervorgeht. Im selben Jahr wird Bierbaum von seiner Frau geschieden und durchlebt schlimme Monate, in denen er mit Alkoholproblemen zu kämpfen hat. Erst die Bekanntschaft mit der jungen Florentinerin Gemma Pruneti-Lotti, die er 1901 heiratet, verhilft ihm zu neuer emotionaler Stabilität und literarischer Produktivität. 1900/01 erscheint der Gedichtband Irrgarten der Liebe, weitere Prosawerke, Gedichte und Bühnenstücke folgen.
1903 zieht Bierbaum nach Pasing bei München, verbringt aber immer wieder mehrere Monate in Fiesole bei Florenz, der Heimat seiner Frau. Das Schreiben wird zur Obsession; es entstehen zwei seiner bekanntesten Werke, Zäpfel Kerns Abenteuer (1905), eine Übersetzung und Bearbeitung des Pinocchio von Carlo Collodi, sowie der satirische Zeitroman Prinz Kuckuck (1906/07). Bierbaums Hyperaktivität, seine innere Unruhe und seine unüblichen Arbeitsweisen belasten nicht nur seine Ehe, sondern vor allem auch seinen bereits labilen Gesundheitszustand. Im Alter von nur 44 Jahren stirbt Otto Julius Bierbaum offiziell an den Folgen einer Nierenkrankheit – Freunde jedoch sprechen davon, dass er sich „zu Tode gearbeitet haben soll“. Er wird am 5. Februar 1910 in Chemnitz begraben. Zum Zeitpunkt seines Todes zählt Bierbaum zu den erfolgreichsten zeitgenössischen deutschen Autoren, gerät aber in den darauffolgenden Jahren schnell in Vergessenheit.