İstanbul'da doğmuş, 1885'te Harbiye'ye girmiş daha sonra Almanya'ya gönderilerek 1888'de Metz Harbiyesi'ni bitirmiştir. Teğmen olarak Prusya Ordusu'nda görev almış, İstanbul'a döndüğünde Harbiye'de Erkanı Harbiye'nin Görevleri dersini okutmuştur. 1897 Yunan Harbinde Albay rütbesiyle Veletsin, Çatalca ve Dömeke Savaşlarında bulunmuş, 1900 yıllarında Fransız Büyük Manevralarında Osmanlı Devleti'ni ve orduyu temsil etmiştir. Aynı yıl Piyade dairesi İkinci Başkanlığı'na getirilmiştir. 1908'de II. Meşrutiyet'in ilanında sonra birinci ferik rütbesi ile Hassa Ordusu Birinci Fıkra Komutanlığına tayin edilmiş, 31 Mart Ayaklanması'nın bastırılmasında başarılar göstermiştir.
17 Eylül 1909 tarihinde İzmir Valiliği'ne atanmış, 2 Ekim 1910 tarihinde Bahriye Nazırlığına getirilerek valilik görevinden ayrılmış, İbrahim Hakkı Paşa kabinesiyle birlikte nazırlık görevinden de ayrılmıştır. 1912 ortalarında babası Gazi Ahmet Muhtar Paşa kabinesinde tekrar Bahriye Nazırlığı'na getirilmiş, Balkan Harbinde Trakya Şark Ordusu'nun sağ taraf 3.Ordu Komutanlığında bulunmuş, yaralandığı için istifa etmek zorunda kalmıştır. 1913'te Berlin Büyükelçiliği'ne tayin edilmiştir.
1917 yılında bütün görevlerinden istifa ederek İskenderiye'de dinlenmeye çekilmiştir. Paşa 1935 yılında Napoli'ye giderken yolda ölmüştür. (?)
Mahmut Muhtar Katırcıoğlu'nun hatıra, tarih ve politika konularında çeşitli eserleri bulunmaktadır. Ruzname-i Harp (Savaş Takvimi), Maziye Bir Nazar (Geçmişe Bir Bakış), Acı Bir Hatıra, Fransızca olarak La Turquie (Türkiye), L'Allemagne (Almanya), Evenements d'Orient (Şark Olayları) bunlardan bazılarıdır.
Mahmut Muhtar Katırcıoğlu, T.B.M.M.'nin kuruluşundan günümüze Meclis soruşturması sonucu siyasetçi ve bürokratların Yüce Divan'a toplam 14 sevk hadisesinden birine adı karışan kişidir. Bahriye Nazırlığı döneminde Anadolu Demiryolu Kumpanyası ile ilgili olarak İngiltere’de Times Iron Works fabrikalarına 20 bin İngiliz lirasını kefaletsiz ödeyerek "hazineyi zarara uğratmak" suçlamasıyla 30 Mayıs 1929'da Yüce Divan'a sevkedilmiş, yargılanması 3 Kasım 1929 tarihinde sona ermiştir. Yüce Divan, şirkete ödenen 22 bin Türk altınının yüzde 5 iskonto edilmek suretiyle Mahmut Muhtar Paşa'dan tahsiline karar vermiştir.