Otto Rau war der Sohn eines Dresdener Lithografen und wurde von Karl Klietsch, dem Erfinder der Heliogravüre, in der Zeit von 1880 bis 1884 in den damals modernsten Drucktechniken ausgebildet. Er arbeitete ab 1885 als Heliopraph in der Berliner Reichsdruckerei und war dort an der Entwicklung der Heliotypie beteiligt. 1887 wechselte er zur Kunstanstalt von Heinrich Riffahrt (1860-1908). 1889 wurde die erste Fotografie von Otto Rau gedruckt. 1891 wurde er Teilhaber der Firma.
1887 bzw. 1890 trat er den beiden führenden fotografischen Vereinen bei, der Freien photographischen Vereinigung zu Berlin und dem Verein zur Förderung der Photographie, dessen Vorsitzender er 1891 wurde. In beiden Vereinen hielt er Vorträge zu Drucktechniken und präsentierte seine eigenen Arbeiten.
Besondere Beachtung fand seine 1891 erschienene Mappe "Aus dem Berliner Tiergarten". Auf 20 Blättern hatte er jahreszeitliche Stimmungen und wichtige Sehenswürdigkeiten in Berlins größtem Park festgehalten. Die Fachzeitschriften waren voll des Lobes insbesondere ob der durch die gute Wiedergabe von Gauwerten für Landschaftsaufnahmen gut geeigneten Technik der Heliogravüre.
1901 zog Otto Rau nach München und wandte sich der Malerei zu. 1912 nahm er erstmals an der Münchener Jahresausstellung teil. Im Jahr darauf erhielt er bei der 11. Internationalen Kunstausstellung für sein Ölgemälde Auftauender Bach eine Goldmedaille.
Sein künstlerisches Talent im Zusammenspiel mit einer besonderen technischen Begabung machten ihn zum Kunstfotografen, der die Heliogravure, als die der Kunstfotografie angemessensten Reproduktionstechnik, virtuos beherrschte.