Otunbayeva dilahirkan di Osh , Kyrgyz SSR , Soviet dalam keluarga Ishak Otunbayev. Dia lulus dari Fakulti Falsafah dari Universiti Negara Moscow pada tahun 1972. Kemudian menjadi ketua jabatan falsafah di Kyrgyz State National University selama enam tahun. Pada tahun 1975 ia menjadi Calon Sains selepas mempertahankan disertasi bernama "Kritik terhadap pemalsuan dialektik Marxist-Leninis oleh para ahli falsafah dari sekolah Frankfurt.

Otunbayeva telah berkahwin dan mempunyai dua orang anak. Dia fasih berbahasa Inggeris dan Rusia di sebelah Kyrgyz.