Carlos Otávio Flexa Ribeiro nasceu em Belém no dia 11 de agosto de 1914, filho de José Flexa Ribeiro e de Alice Flexa Ribeiro.

Aluno da Universidade do Distrito Federal, bacharelou-se em direito em 1935 e em história em 1938. Depois de formado, tornou-se professor do Colégio Andrews, do qual viria a ser diretor e proprietário.

Em 1947 participou da fundação do Partido Socialista Brasileiro. Professor de artes no Instituto de Belas-Artes do Rio de Janeiro a partir de 1951, no ano seguinte tornou-se catedrático de história da arte e de estética da Faculdade Nacional de Arquitetura, no Rio de Janeiro. Em 1955, tornou-se diretor-geral do Museu de Arte Moderna (MAM) do Rio de Janeiro.

No pleito de outubro de 1960 elegeu-se, na legenda da União Democrática Nacional (UDN), suplente de deputado à Assembléia Constituinte do estado da Guanabara, criado nesse mesmo ano, após a transferência da capital federal do Rio de Janeiro para Brasília. No ano seguinte foi nomeado pelo governador Carlos Lacerda secretário da Educação e Cultura da Guanabara, função que exerceu até 1965. Em outubro deste último ano candidatou-se ao governo da Guanabara, na legenda da UDN, sendo derrotado por Francisco Negrão de Lima, candidato da coligação formada pelo Partido Social Democrático (PSD) e o Partido Trabalhista Brasileiro (PTB).

Esse resultado, juntamente com a vitória de Israel Pinheiro em Minas Gerais, provocou grave crise político-militar que levou à edição, ainda no dia 27 de outubro, do Ato Institucional nº 2 (AI-2), que extinguiu os partidos políticos. Com a conseqüente implantação do bipartidarismo, uniu-se ao grupo que organizou o partido governista, a Aliança Renovadora Nacional (Arena).

Em novembro de 1966 elegeu-se deputado federal pela Guanabara, na legenda da Arena, assumindo o mandato em fevereiro de 1967. Diretor-geral do Departamento de Educação da Comissão das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO), em Paris, de 1967 a 1970, reelegeu-se deputado federal em 1970 e 1974, desta vez pelo novo estado do Rio de Janeiro. No pleito de 1978, contudo, não foi bem sucedido. No final deste ano, foi eleito diretor-executivo do MAM do Rio de Janeiro e em 1982 tornou-se vice-presidente da instituição.

Faleceu no Rio de Janeiro no dia 6 de agosto de 1991.

Foi casado com Maria Helena Pinto Flexa Ribeiro, com quem teve quatro filhos. Viúvo em 1983, contraiu segundas núpcias com Maria Celina Simon Flexa Ribeiro.