Bayer se autodenomina "un anarquista y pacifista a ultranza". Cuenta que al hacer el servicio militar se negó a ir a la instrucción militar, por lo que fue destinado a barrer y encerar pisos de los despachos de los oficiales durante dieciocho meses.
De 1952 a 1956 estudió Historia en la Universidad de Hamburgo (Alemania), y de regreso a la Argentina, se dedicó al periodismo, la investigación de la historia argentina, y a escribir guiones cinematográficos. Trabajó en los diarios Noticias Gráficas, en el Esquel de la Patagonia, y en Clarín, donde también se desempeñó como secretario de redacción.
En 1958 fundó La Chispa, al que él mismo denominó como "el primer periódico independiente de la Patagonia". Un año después fue acusado de difundir información estratégica en un punto fronterizo, y es obligado por la Gendarmería a punta de pistola, a abandonar Esquel. Luego, de 1959a 1962, fue secretario general del Sindicato de Prensa.
Durante la presidencia de María Estela Martínez de Perón, Bayer fue amenazado y perseguido debido a sus obras, sobre todo por su libro Los vengadores de la Patagonia trágica por la Alianza Anticomunista Argentina, dirigida por José López Rega. Esto motivó su exilio en Berlín Oestedesde 1975, el cual mantuvo hasta la caída de la posterior dictadura militar en 1983.
Entre sus ensayos más importantes están Los vengadores de la Patagonia trágica, Los anarquistas expropiadores y otros ensayos, Fútbol argentino (un guion homónimo del historiador que posteriormente fue editado en libro), Rebeldía y esperanza, Severino Di Giovanni, el idealista de la violencia y la novela Rainer y Minou.
Colabora también con el diario Página 12, cofundado por Jorge Lanata y por su amigo y también escritor argentino Osvaldo Soriano y el periodista Horacio Verbitsky.
Fue autor y uno de los guionistas de La Patagonia rebelde, film basado en el ya citado Los vengadores de la Patagonia trágica, el cual fue dirigido por Héctor Olivera y ganó el Oso de Plata en la Berlinale de 1974. En 2000 apareció en el filme Ángel, la diva y yo.
En 2008 escribió el guion y libro cinematográfico del film Awka Liwen junto a Mariano Aiello y Kristina Hille. El largometraje es la historia de la pugna por la distribución de la riqueza en Argentina, a partir del despojo de las tierras y el ganado cimarrón a los pueblos originarios y al gaucho. Para ello se desarrolló una cultura de racismo que aún perdura en el siglo XXI. El film fue declarado de Interés nacional por la Presidencia de la Nación Argentina. El preestreno de la obra se realizó en noviembre de 2009 en la Biblioteca Nacional de Buenos Aires. El estreno de la película se realizó en el tradicional cine Gaumont de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires, al que acudieron aproximadamente 3000 personas (dos cuadras de cola en las calles), también obtuvo muy buenas críticas en medios argentinos y del exterior.
El documental obtuvo el 1º premio en la categoría oficial argentina en el 1º Festival Internacional de Cine Político (FICIP), el 1º Premio en la Categoría Documental Internacional en el 6º Festival de Video de Imperia (Italia)7 patrocinado por la Unesco y está siendo seleccionado oficialmente en otros muchos festivales de cine. Los nietos del ministro de economía de la dictadura de la desaparición de personas, José A. y Alejandro Martínez de Hoz, iniciaron un juicio contra él, Felipe Pigna y Mariano Aiello por dicho film, lo cual motivó la realización del documental Martínez de Hoz.
Ha estado permanentemente involucrado en la lucha por las reivindicaciones de los Pueblos Originarios argentinos, y el desenmascaramiento de figuras históricas consideradas por él como genocidas. En 1963 dio una charla en la biblioteca popular de Rauch, una ciudad de la provincia de Buenos Aires.
En aquella ocasión, sugirió a los pobladores que se impulsara un plebiscito para cambiar el nombre de Federico Rauch por el de Arbolito, el apodo del supuesto ranquel que le dio muerte al coronel prusiano.
La propuesta no tuvo aceptación, y al volver a Buenos Aires, valiéndose del estado de sitio declarado en ese momento, fue arrestado por el general Juan Enrique Rauch, ministro del Interior de la dictadura, y bisnieto de Federico Rauch. Por este motivo lo encarcelaron en la cárcel de mujeres de la calle Riobamba a modo de castigo por 62 días.
Asimismo, desde 2004 reclama[cita requerida] con el grupo indigenista "Rebelde amanecer" el traslado del monumento al general Julio Argentino Roca ubicado en el centro de Buenos Aires, en Avenida Presidente Julio Argentino Roca y Perú, petición que fue aprobada, mas no fue convertida en ley por la Legislatura porteña. En su lugar, Bayer pretende que se levante un monumento a la mujer originaria, proyecto para el cual se reciben llaves en la sede de la Universidad Popular Madres de Plaza de Mayo.
En 2007 el Honorable Concejo Deliberante de Rojas provincia de Buenos Aires renombró "Pueblos Originarios" a la ex calle Julio Argentino Roca a raíz del reclamo de un grupo de alumnos de las escuelas locales que se basaron en sus investigaciones y prédica. En la actualidad existen muchos proyectos similares de cambio de nombre de calles Roca en distintas ciudades Argentinas.
En 2008 escribió el guion y libro cinematográfico del film Awka Liwen junto a los directores Mariano Aiello y Kristina Hille. El largometraje, que se estrenó en 2010, es la historia de la pugna por la distribución de la riqueza en Argentina; a partir del despojo de las tierras y el ganado cimarrón a los pueblos originarios y al gaucho. El film fue declarado de Interés nacional por la Presidencia de la Nación Argentina.
El preestreno de la obra se realizó en noviembre de 2009 en la Biblioteca nacional de Buenos Aires con muy buenas críticas. El estreno del Awka Liwen fue el día 9 de septiembre de 2010 en el cine Gaumont, al cual llegaron 3.000 personas (más de dos cuadras de cola).
En 1984 se le otorgó el Premio Konex - Diploma al Mérito en la disciplina Testimonial referidas a las Letras de Argentina, otorgado por la Fundación Konex.
El 20 de abril de 2003 la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, le otorga el grado de Doctor honoris causa por su trayectoria en el campo de los derechos humanos, la literatura y el periodismo. Parte del discurso de aceptación del premio fue el siguiente:
Hace 27 años empezaba esta dictadura que hizo desaparecer a tantos queridos amigos y que a uno lo obligó a irse del país. Yo no voy a perdonar nunca a la dictadura por tener que irme por escribir La Patagonia rebelde. Con un cambio absoluto y total también para mis hijos y mi mujer. Pero esto no es nada comparado con aquellos que perdieron la vida o sus hijos. Ninguna persona con un mínimo de sentimiento humanitario puede soportar una cosa así (...) Recibir este premio que uno nunca soñó. Cuando yo tuve que irme, el brigadier de aviación que estaba en Ezeiza me dijo: usted jamás va a volver a pisar tierra de la Patria. Y hoy no sólo piso tierra de la Patria, sino que me dan un premio
Osvaldo Bayer
En 2007 fue distinguido en la Feria del Libro de Buenos Aires.
Ha recibido además el título de Doctor honoris causa por las universidades nacionales de Córdoba (2009), de Quilmes (2009), de San Luis (2006), del Sur (2007), del Comahue (1999), y de San Juan (2011).
El 7 de julio de 2004 fue declarado Huésped de Honor por la Universidad Nacional del Litoral, en cuya conferencia de prensa declaró: