Narozen v Martiněvsi (okr. Litoměřice), zemřel v Praze. Gymnázium vystudoval v Praze (1865), filozofii (zejména estetiku) v Praze (doktorát 1869) a v Mnichově (1867–1868). V letech 1874–1876 působil jako vychovatel v hraběcích rodinách ve Vilémově u Golčova Jeníkova a v Salcburku. V roce 1876 pobýval v Mnichově a v rámci přípravy na habilitaci získal stipendium ke studijnímu pobytu v Itálii. Po návratu předložil r. 1877 na pražské filozofické fakultě dva habilitační spisy a byl potvrzen jako soukromý docent pro dějiny a estetiku hudby; r. 1883 byl jmenován mimořádným a 1892 řádným profesorem všeobecné estetiky. Mimoto přednášel od roku 1877 dějiny umění na Akademii výtvarných umění, 1882–1886 dějiny hudby na konzervatoři, od 1886 rovněž na Uměleckoprůmyslové škole a od 1880 estetiku na Městské vyšší dívčí škole.

V letech 1869–1874 působil jako kritik a redaktor (1872 almanachu Máj, 1873 Lumíra), 1881–1882 kritik Národních listů. Od počátku 70. let až do své smrti byl předním organizátorem českého kulturního života – patřil k dlouholetým funkcionářům Umělecké besedy (člen od 1867), zasloužil se o vybudování Národopisného muzea, byl předsedou Výboru pro českou lidovou píseň aj. Stal se zakladatelem obecné teorie umění u nás, vydal první přehled vývoje českého umění 19. století, zabýval se estetikou užitého umění. Byl zakladatelem moderní české hudební vědy a estetiky (O realismu uměleckém, 1890; O socializaci umění, 1903; Umění a společnost, 1907).

Svůj estetický systém několikrát přepracoval, nejsoustavněji je podán v knize Otakara Hostinského estetika (1921). Jako teoretik se plně postavil za umělecký směr B. Smetany (Bedřich Smetana a jeho boj o moderní českou hudbu, 1901, 2. vydání 1941; Česká hudba 1864–1904, 1909). Autor řady hududebně historických prací (Jan Blahoslav a Jan Josquin, 1896; metodologický význam má studie O úloze naší historické literatury hudební). Hostinský se věnoval též otázkám akustiky, hudební teorie, české hudební deklamace a vědeckému výzkumu lidové písně; cestu historickému studiu lidové hudby ukázal zvláště knihou Česká světská píseň lidová (1906) a pramennou edicí 36 nápěvů světských písní českého lidu z 16. století (1892, nové vydání 1957). Zasáhl i do uměleckých oborů (libreto k Fibichově Nevěstě messinské). Byl autorem několika zásadních statí v naučných slovnících – Riegrově a zejména Ottově.

Pohřben je na Olšanských hřbitovech v Praze (IV, odd. 1, hrob č. 30).