Oustalet studeerde natuurwetenschappen aan de École des Hautes-Études in Parijs. Hij schreef in 1874 een proefschrift over fossiele insecten uit het Tertiair in Auvergne, voornamelijk de omgeving van Aix-en-Provence.
In 1873 volgde hij Jules Verreaux op als assistent conservator natuurlijke historie aan het Muséum national d'histoire naturelle in Parijs. Tussen 1892 en 1905 was hij bestuurslid van de Société Nationale d'Acclimatation de France, de voorganger van de SNPN, een belangrijke Franse natuurbeschermingsorganisatie. In 1893 werd hij voorzitter van de Franse dierkundige vereniging (Société zoologique de France).
Oustalet heeft veel nieuwe diersoorten beschreven in fraai uitgegeven boeken met litho's, onder andere een boek over de vogels van China, samen met pater Armand David. Het museum ontving daarvoor van David en andere missionarissen in China, Zuidoost-Azië en Frans-Congo heel veel materiaal. Oustalet is de soortauteur van de grévyzebra (Equus grevyi). Deze zebra werd in 1882 als geschenk van de regering van Ethiopië aan de Franse president Jules Grévy overgedragen en stierf kort daarna.