Entre 1880 y 1884, Otto Schönherr estudió química en la Universidad Técnica de Dresde y, tras finalizar sus estudios, trabajó durante varios años en la industria química. En primer lugar, fue analista en la compañía Merck & Co., en Hamburgo. Más tarde, trabajó como gerente de una fábrica de fertilizantes cerca de Goslar.
En 1894, Schönherr entró a trabajar en el grupo de Karl Elbs en la Universidad de Gießen, donde se dedicó al campo de la electroquímica. Al año siguiente, en 1895, obtuvo su doctorado y en junio de 1896 entró a trabajar en la compañía química BASF.
En 1899 y alentado por el químico Heinrich von Brunck, Schönherr comenzó a intentar desarrollar un proceso para la fijación electrotérmica del nitrógeno atmosférico, de potencial interés para la fabricación de abono. Este proceso consistía básicamente en transformar el nitrógeno atmosférico, que se encuentra en su forma molecular (N2), en una especie más reducida fácilmente asimilable por los organismos vivos, el amoníaco (NH3).
Por aquella época, llegaron a oídos de los ingenieros noruegos Kristian Birkeland y Sam Eyde las investigaciones de Schönherr sobre la fijación de nitrógeno atmosférico y decidieron ponerse a trabajar para lograr desarrollar un instrumento que permitiera llevar a cabo dicho proceso antes de que Schönherr lo lograra. Así, para el año 1903, los noruegos habían desarrollado un proceso de fijación de nitrógeno atmosférico en el que se combinaba el uso de un arco eléctrico con un potente campo magnético. No fue hasta dos años más tarde, en 1905, cuando Schönherr, en colaboración con el ingeniero eléctrico Johannes Hessberger, patentó un horno de fijación de nitrógeno atmosférico que empleaba un arco eléctricio en ausencia de campo magnético.
En 1908 recibió la medalla Liebig.