İlçe, 254 km2'lik alana sahiptir. Kuzeyinde Bayburt ili (52 km) ve Demirözü ilçesi (40 km), doğusunda Aşkale (100 km) ve Tercan (67 km) ilçeleri, güneyinde Çayırlı ilçesi (37 km), batısında ise Demirözü ve Çayırlı ilçeleri ile çevrilmiştir.

Erzincan'a 148 km, Trabzon'a 240 km, Erzurum'a 158 km ve Gümüşhane'ye 140km'dir.

İlçe içinden ulaşım, karayoluyla gerçekleşmektedir. Otlukbeli-Çayırlı ile Ağamçağam köyü yolu dışında tamamı asfalt kaplamalı olan yolu bulunmamaktadır.

İlçeye en yakın hava alanları, Erzurum ve Erzincan hava limanlarıdır.

İlçe merkezinin rakımı 1750 metre olup köylerinin yüksekliği 1700-1900 m arasındadır.

İlçenin kuzeydoğusundaki köyleri, daha yüksektir. İlçenin Bayburt ile olan sınırı Ağlovu ve Taşkınlı Tepeleriyle çevrilmiştir. Bu tepelerin güney yamaçları,ilçemiz sınırlan içindedir.

İlçe içinde önemli sayılabilecek akarsu olmayıp çok sayıda çay ve dere bulunmaktadır. Boğazlı köyünden Soğulcak Deresi ve Küçük Otlukbeli köyünden Tekesor Deresi birleşerek batıdan doğuya doğru akan Karakulak Çayım meydana getirirler. Karakulak Cayma daha sonra Ağamçağam Deresi, Umurlu Deresi ve Yeşilbük Deresi katılır.

Ufak derelerle beslenen Karakulak Çayı, Çayırlı ilçesi sınırları içinde Karasu Irmağı ile birleşir.

İKLİM:

İlçe, Erzincan'ın en yüksek ilçelerinden biri olduğundan karasal iklimin en etkin olduğu yöredir. Kışları oldukça uzun ve soğuk, yazları ılık geçmektedir.Dolayısıyla bu iklim ve arazi yapısıyla kayak sporuna elverişlidir.

En soğuk aylar Ocak ve Şubat, en sıcak aylar ise Temmuz ve Ağustos aylarıdır. Kasım aylarında başlayan kar yağışı yoğunlukla Şubat aylarında devam eder ve Nisan ayı sonlarında yerini ilkbahar yağmurlarına terk eder. Yağmur, genelde ilkbahar ve sonbahar ortalarında yağar.
İlkbaharda yeşererek dağ lalesinden sümbül, nergis, çoban yıldızı ve nilüferine kadar bin bir çiçekle süslenen yaylaları gezilip görülmeye, soğuk kaynak suları ve maden suları kaynağından içilmeye değerdir.

BİTKİ ÖRTÜSÜ:

İlçe çıplak bir arazi yapısına sahip olsa da otsu bitki örtüsüyle kaplıdır. Bu otsu bitki örtüsü step karakterindedir.

Bozkır niteliğinde olan bu bitki örtüsü, ilkbahar yağışlarında yeşerip çiçeklenir, gelişir; ancak yağışların azalmasıyla yazın kuruyarak sonbahar ayları ortalarındaki yağışlarla yeniden yeşermeye başlar.

İlçemizde doğal orman yok denecek kadar azdır. Toplam 3403 hektarlık alan (% 3) ormandır. Ördekhacı Köyü civarında ardıç, Yeşilbük köyü etrafındaki tepe ve yamaçlarda ise pelit, dağ kavağı ve meşe ağaçlarına rastlanır.

TARİHÇE :

Otlukbeli ilçesi, Bayburt ve Erzincan illeri arasında bulunmaktadır.

Otlukbeli'nin bilinen tarihi M.Ö. 2000 yıllarında başlar. O yıllarda Hurriler,Erzincan ve yöresine hakimken daha sonraları hükümranlıklarım güneye kaydırdıklarından bu yöreye Hayaşa ve Azziler egemen olmuşlardır.

Yöre, M.Ö. 900'lü yıllarda Urartu Devleti'nin sınırları içinde kalmış ve daha sonraları M.Ö. 600'lü yıllarda Urartu Devleti'nin yıkılmasıyla 30 yıl kadar İskitler'in egemenliği altında kalmıştır.

İskitler'den sonra Medler, M.Ö. 550 yılında ise Persler yörede 200 yıl kadar hüküm sürmüşlerdir. M.Ö. 334 yılında İskender'in Persler'i yenmesiyle yöreyi İskender idare etmeye başlamıştır.

M.Ö. 515'ten itibaren Sabarlar, yöreye akınlar düzenleyerek yöreyi Ankara'ya kadar işgal etmişlerdir.

M.S. VII. Yüzyılın yıllarına kadar Erzincan ve yöresinin zaman zaman Bizans zaman zaman da Sasaniler'ce yönetildiği kayıtlar arasındadır.
636 yılında ise Kafkaslardan Doğu Anadolu'ya akın eden Türk boyları yöreyi ele geçirmiş ve üç buçuk asırdan fazla bir zaman yöreye hakim olmuşlardır ;ancak sık sık Arap akınlarına maruz kaldıklarından köklü bir yapı oluşturamamışlardır.

10. yy'dan itibaren ise Oğuz boyları Anadolu'ya gelerek Otlukbeli'ni ve Doğu Anadolu'yu yurt edinmişlerdir.

Daha sonra 1071 Malazgirt Zaferi ile Oğuz Türkleri'nin eline geçen yöre,Anadolu Selçuklu İmparatorluğunu teşkil eden 3 beylikten biri olan Mengüçler'in egemenliğine girmiştir.

1228'de Anadolu Selçuklu Sultanı Alaaddin Keykubat tarafından Mengüç Beyliği ortadan kaldırılınca yöre, Selçuklu Tabeyleri'nce yönetilmeye başlamıştır.

1243'de ise Moğollar, Selçukluları Kösedağ Savaşında yenerek yöreye hakim olmuşlardır. 1343'de ise Eretna Beyliği, yöreye egemen olmuştur.

Eretna Beyliği, Timur'un Anadolu'ya gelmesiyle kendisine tabi olmuştur.Bundan sonraki dönemlerde Kadı Burhaneddin, Akkoyunlular ve Karakoyunlular arasında hakimiyet yarışı sürerken 1410 yılında Karakoyunlu hükümdarı Kara Yusuf Erzincan'a egemen olmuştur. 1422 yılında ise Erzincan ve yöresi Akkoyunlu hükümdarı Kara Yülüg Osman Bey tarafından alınmış, daha sonra bir kez daha Karakoyunlular'ın eline geçmiştir.

Son olarak, 1457 yılında Akkoyunlu hükümdarı Uzun Hasan'ın idaresine girmesiyle Akkoyunlu-Karakoyunlu mücadelesi de son bulmuştur.

Otlukbeli Savaşı:

Fatih Sultan Mehmet'ten kaçan Anadolu beyleri, Akkoyunlu hükümdarı Uzun Hasan'a sığınmışlardı. Uzun Hasan ayrıca Osmanlı'ya karşı Venedik ve İran'la da münasebete girmişti. Kaçak Anadolu beylerinin de kışkırtmasıyla Sivas'ı ve Tokat'ı da yağmalayan Uzun Hasan, Fatih'in oğlu Mustafa Çelebi komutasındaki kuvvetlerce Konya Kıreli'nde yenilgiye uğratıldı.

Fatih Sultan Mehmet ise 11 Nisan 1473'te ateşli silahlarla donattığı 190.000 kişilik ordusuyla İstanbul'dan hareket etti. iki ordu, 11 Ağustos 1473'te Otlukbeli mevkiinde sekiz saat süren şiddetli bir muharebeye tutuştu. Neticede Akkoyunlu Devleti ortadan kaldırıldı. Böylece, yöre Osmanlılar'ın eline geçmiş oldu.

Yavuz Sultan Selim'in 1514'de Çaldıran'da Safeviler'e karşı kazandığı zaferle Osmanlılar, Doğu Anadolu'da ve tabii ki yörede kesin egemenliklerini sağlamış oldular.

I. Dünya Savaşı:

Ruslar yöreyi Temmuz 1916'da işgal etmiş ve 25 Temmuz 1916'da Ruslar, Erzincan'a girmiştir.

7 Kasım 1917'de çıkan Bolşevik ihtilali neticesinde Ruslar, bölgeden 18 Kasım 1917'de bir mütareke imzalayarak çekilmiş; ancak silah ve cephanelerini Ermenilere terk ettiklerinden Ruslar'dan güç alan Ermeni komitacıları, yöre halkına karşı soy kırıma girişmişlerdir.

Ancak, 17 Şubat 1918 tarihinde 29. ve 36. tümen süvari birliklerimiz, Binbaşı Halit Bey komutasındaki Türk müfrezeleri ve milis kuvvetleri, Ermeni katliamına son vermiş, yöreyi Ermenilerden temizlemişlerdir.

Mülki ve İdari Geçmiş:

Otlukbeli, diğer adıyla Karakulak 1800'lü yıllarda bucak haline getirilmiş,idari yönden Tercan ilcesine bağlı iken Haziran 1954'de Çayırlı ilcesine bağlanmış, 7Haziran 1971'de belediye teşkilatı kurulmuştur.

Karakulak beldesinin ismi. Bakanlar Kurulu'nun 10.04.1973 gün ve 6255 sayılı kararma atfen içişleri Bakanlığı'nın 07.05.1973 gün ve 621.73.308-2/11466 sayılı yazıları ile OTLUKBELİ olarak değiştirilmiştir.

Otlukbeli beldesi, 09.05.1991 tarih ve 3644 sayılı yasa ile ilçe olmuştur.