רבי עובדיה כיהן כרבה של קאסטלו באיטליה ונמנה עם חשובי הבנקאים היהודים בעיר.
לאחר שהתאלמן החליט לעלות לארץ ישראל ולאחר נידודים רבים זכה להגיע להגיע לירושלים בי"ג ניסן רמ"ח (1488 לספירה) במהלך נסיעתו לארץ ובזמן היותו בה כתב כמה איגרות לבני משפחתו. באיגרות האלה הוא מתאר את מצב היהודים בארצות בהן הוא עבר ואת מצבה של ירושלים בזמן הגעתו אליה. בין השאר הוא תיאר את ירושלים "רובה חרבה ושממה ….ואין לה חומה סביב… ומן היהודים נשארו בה היום שבעים בעלי בתים, מדלת העם אשר אין להם מחיה". בנוסף הוא נתן תיאור להתפתחות של בית העלמין היהודי: "עמק יהושפט… שם קברות היהודים עתה. הקברים הישנים תחת הר הזיתים בשיפוע אצל העמק".
רבי עובדיה לא עמד מנגד לנוכח מצבה הקשה של הקהילה היהודית ובעזרת פקדונות בנקאיים שהיו לו באיטליה סייע לקהילה היהודית בירושלים להתפתח הן בחינה רוחנית והן מבחינה כלכלית. ברבות הימים התמנה רבי עובדיה מברטנורא לרבה הראשי של ירושלים, מינוי שהוכר גם ע"י השלטונות הממלוכים.
בעיקר רבי עובדיה זכור בגלל פירושו לשישה סדרי משנה. רבי עובדיה החל לכתוב את חיבורו הגדול עוד בהיותו בחץ לארץ וסיים אותו כאשר כבר היה בירושלים.
תאריך פטירתו, לפי המסורת הוא ג' סיון ולגבי השנה נחלקו הדעות. אך מקום הקבר ידוע לנו מכמה מקורות. כך מתאר אותו רבי משה בן חביב בספרו "גט פשוט": "היום מעיין זה (הגיחון) ידוע לדרומה של ירושלים… והוא לגוף בית הקברות סמוך למערה הסתומה אשר נקברו שם המרדכי ורבינו קולונימוס ורבינו עובדיה מברטנורא ושאר הצדיקים כידוע לנו מפי הזקנים".
הקבר נמצא במורדות הקדרון למרגלות הכפר סילוואן, וניתן לראות אותו גם מגג בית הצופה שבעיר דוד
לאחרונה, יום פטירתו ע"פ המסורת ג' סיוון, נהפך לאחת ההילולות הגדולות, שקיימות בהר הזיתים. רבבות אנשים מכל גווני העם, ביניהם רבנים, שרים וראשי הציבור עולים באותו יום לקברו של הצדיק ומעתירים בתפילה בעד הכלל והפרט.
