Otto Sonnleitner stammte aus Würzburg, wo bereits sein Vater als Bildhauer wirkte. Nach einer Bildhauerlehre in der väterlichen Werkstatt und dem gleichzeitigen Besuch der „Freihand-, Kopf- und Aktzeichenklasse“ des Polytechnischen Zentralvereins (eine Einrichtung, die später im Fachbereich Gestaltung an der FH Würzburg aufging) studierte er Bildhauerei und schloss sein Studium als Meisterschüler Joseph Wackerles an der Akademie der Bildenden Künste München ab. Später übernahm Sonnleitner Atelier und Werkstatt des Vaters. Insbesondere in Würzburg und Umgebung sind seine Werke vielfach präsent. Er gestaltete verschiedene Kirchen, hat jedoch auch zahlreiche profane Reliefs und Freiplastiken hinterlassen (etwa das Relief „Vater Main“ am Kilianshaus oder die Büste Wilhelm Conrad Röntgens am ehemaligen Physikalischen Institut der Universität Würzburg). Von Sonnleitners Hand stammt auch die Portraitbüste Jean Pauls in der Walhalla bei Regensburg.