Родилась 9 марта 1955 года в Риме, Италия. Её отец неаполитанец, мать балтийская немка из Эстонии. Дедушка и бабушка актрисы родились в Санкт-Петербурге, откуда переехали в Эстонию, где после установления в России советской власти родилась мать будущей звезды.
В кино играет с 15 лет. В основном, снималась в итальянском кино, но в 1980 году сыграла в британском фантастическом фильме «Флэш Гордон». В 1984 году появилась в фильме немецкого кинорежиссёра Фолькера Шлёндорфа «Любовь Свана» с Аленом Делоном. Мути работала с итальянскими режиссёрами Марко Феррери и Дино Ризи. Имеет недвижимость в Италии, во Франции и в Монако. В 1994 году Мути стала жительницей Монако. Орнелла Мути — постоянная почётная гостья Каннского кинофестиваля.
Российскому зрителю Орнелла Мути больше всего известна по фильму «Укрощение строптивого» (1980). В интервью телеканалу ТВЦ Орнелла Мути подтвердила, что у неё во время съёмок фильма был роман с Адриано Челентано: «У актёров это нормально — любовь на время фильма…». Снялась в главной роли в фильме «Жизнь прекрасна» у советского режиссёра Григория Чухрая.
Орнелла Мути была замужем три раза.
1975-1981 была замужем за Аллесио Орано(развелась с ним из-за романа с Адриано Челентано)
С 1998 года актриса жила в фактическом браке с пластическим хирургом Стефано Пиколло. У Мути две дочери и один сын. С 2008 года состоит в отношениях с бизнесменом Фабрисом Керерве.
В 2008 году Орнелла Мути запустила собственную ювелирную линию, открыв бутики в Риме, Милане, Париже, Риге, Москве и в Алматы.
В 2016 году приобрела квартиру в Москве и заявила о намерении принять российское гражданство.