Родилась 23 августа 1950 г. в г. Ош.
В 1972 г. окончила философский факультет МГУ имени Ломоносова. В 1975 г. защитила кандидатскую диссертацию на тему: «Критика фальсификации марксистско-ленинской диалектики философами Франкфуртской школы».
В 1975–1981 гг. работала в Киргизском государственном университете преподавателем, старшим преподавателем, доцентом, заведующей кафедрой диалектического материализма.
В 1981–1986 гг. занимала различные должности в аппарате Компартии Киргизии.
В 1986–1989 гг. – заместитель председателя Совета министров, министр иностранных дел Киргизской ССР.
В 1989–1992 гг. являлась членом коллегии МИД СССР, представляла СССР в ЮНЕСКО.
В 1992–1994 гг. – посол Киргизии в США и Канаде.
В 1994–1997 гг. – министр иностранных дел Киргизии.
С 1997 г. – посол Киргизии в Великобритании.
В 1997 г. приняла решение уйти из правительства по политическим причинам.
В 2002–2004 гг. работала в должности заместителя спецпредставителя Генерального секретаря ООН по грузинско-абхазскому урегулированию.
С сентября 2004 г. – сопредседатель оппозиционного партийного блока «Ата-Журт» («Отечество»).
После «тюльпановой революции» в марте 2005 г. была назначена и.о. министра иностранных дел Киргизии. Однако в июне 2005 г. её кандидатура не была утверждена парламентом.
В 2007 г. была избрана депутатом Жогорку Кенеша. С 2009 г. являлась членом фракции оппозиционной Социал-демократической партии, затем стала её руководителем.
С 7 апреля 2010 г. – глава Временного правительства Киргизии.
На конституционном референдуме 27 июня 2010 г. одобрено принятое в мае 2010 г. решение Временного правительства о наделении Р.Отунбаевой полномочиями Президента Киргизской Республики переходного периода (до конца 2011 г.).
Владеет русским, английским, французским и немецким языками.