La obra de Oswaldo Viteri pasó por diversos lenguajes, desde el diseño figurativo a la pintura abstracta-informal (de la cual fue maestro), pasando por el colaje, el assemblage, la escultura y la pintura en todas sus técnicas. En 1951 inició el curso de arquitectura; tres años después comenzó a estudiar pintura con el holandés Jan Schreuder y a continuación con el estadounidense Lloyd Wulf. En 1957 tuvo lugar su primera exposición individual en el Museo de Arte Colonial de Quito, seguida de la presentación de algunas obras en la IV Bienal de São Paulo. Dos años después colaboró con Oswaldo Guayasamín en un mural realizado con mosaicos de cristales y trabajó en otro para el Ministerio de Obras Públicas.
En 1960 fue premiado por el cuadro El hombre, la casa y la luna, hito de la etapa de su trabajo conocida como “expresionista-simbólica”. Paralelamente, fue profesor de la Facultad de Arquitectura de la Universidad Central del Ecuador, donde permaneció hasta 1989. Entre 1961 y 1967 hizo estudios sobre el folclore ecuatoriano con el folclorista brasileño Paulo de Carvalho Neto, que lo inspiró para crear el Instituto Ecuatoriano de Folclore, luego dirigido por Viteri. El contacto con la cultura ecuatoriana marcó su obra. En 1961 recibió mención con honores en la VI Bienal de São Paulo (dirigida por el crítico Mário Pedrosa). En 1964 se presentó en la II Bienal de Córdoba y después en la Bienal de Venecia (1966).
Durante buena parte de la década de 1960 elaboró la etapa abstracta gestual de su obra, en la cual también aparecen reminiscencias precoloniales integradas con una interpretación del expresionismo abstracto estadounidense y con la Action Painting. Fue director de la Escuela de Bellas Artes de 1966 hasta 1969, período en el que conoció al pintor español Manuel Viola, del grupo El Paso, de Madrid. En ese momento, su obra se encaminó hacia el assemblage y el conceptualismo, con aplicación de materiales no-convencionales. En 1968 realizó el primer happening en Quito y fue premiado en la I Bienal de esa ciudad. En 1969 viajó a España, cuando se volvió también hacia el dibujo figurativo. En ese mismo año fue premiado en la X Bienal de São Paulo y, en 1972, en la III Bienal Coltejer (Medellín, Colombia).
En 1978 trabajó con litografía en el taller de grabado Clot, Bramsen et Georges en París, e inició el proyecto de escultura solar. En 1988 concretó un mural en mosaico de piedra para la Catedral de Riobamba, en Ecuador. Participó como jurado de la VII Bienal de Arte Paíz (1990), en Guatemala, y también del Encuentro Regional sobre Formación y Promoción de las Artes Plásticas en América Latina y el Caribe, en Caracas (Venezuela). En 1992 retomó la pintura al óleo, trabajando enormes paisajes andinos con una tendencia expresionista abstracta. En 1996, año en que el Viteri Centro de Arte se inauguró en Quito, un cuadro del artista ecuatoriano ganó lugar en la célebre colección de autorretratos de la Galleria degli Uffizi, (Florencia, Italia).
La obra de Viteri continúa frecuentando museos y muestras de arte en todas partes, como la II Bienal de Buenos Aires, la Latin American Graphics: The Evolution of Identity from the Mythical to the Personal, del Museo de Arte Moderno Latinoamericano (MoLAA), Long Beach, California, ambas en 2002; o la exposición Latin American Art: Contexs and Accomplices, en el Sainsbury Centre for Visual Arts, University of Essex (Inglaterra), en 2004.
En 2011, en conmemoración a los 80 años del artista, fue realizada en Guayaquil una muestra de su obra, con 20 lienzos escogidos para representar su trayectoria artística. La Casa Museo Oswaldo Viteri, en Quito, funciona como atelier y es también la residencia del artista. Viteri posee un valioso acervo de arte ecuatoriano expuesto para visita pública.