Nascido no Cabo de Santo Agostinho em 1921, Osvaldo Cavalcanti da Costa Lima Filho, que era filho de um ex-deputado com forte atuação, elegendo-se em 1934 e constituinte em 1945. Seu pai era defensor de Getúlio Vargas, candidato à presidência e de João Pessoa à vice-presidência em 1929, quando mandou a família para o Recife.

Em 1939 ingressa na Faculdade de Direito do Recife e é nomeado pelo interventor Agamenon Magalhães como secretário do Museu do Estado de Pernambuco, cargo que ficaria até 1943, quando bacharelou-se. Antes disso foi colaborador do jornal Folha da Manhã entre 1940 e 1942.

Em 1944, Osvaldo Lima Filho é nomeado pelo então governador Agamenon Magalhães como promotor público de Surubim, em outubro deste mesmo ano, é convidado para assumir a delegacia de Ordem Política e Social de Pernambuco, sendo um elo entre seu pai, Oswaldo Lima e o então secretário de Segurança, Etelvino Lins.

Já em 1945, passou a articular a criação do Partido Social Democrático, contando com a anuência de Agamenon, que voltara a ser ministro de Vargas e de Etelvino, que substituiu Agamenon no cargo de interventor de Pernambuco. Osvaldo Lima Filho fez campanha para o general Eurico Gaspar Dutra, que tinha como adversário o brigadeiro Eduardo Gomes, apoiado em Pernambuco pelo líder das ligas camponesas, Francisco Julião.

Com a deposição de Getúlio Vargas em 29 de outubro de 1945, Osvaldo Lima Filho foi afastado do cargo que ocupava na delegacia, mas tão logo o presidente Dutra assumiu, ele foi nomeado delegado do Instituto de Aposentadoria dos Comerciários (IAPC).

Em 1946, Osvaldo lança-se, com o apoio de Agamenon, a uma cadeira na Assembleia Legislativa de Pernambuco, apoiando Barbosa Lima Sobrinho, que seria eleito naquele pleito. Também eleito deputado estadual, Osvaldo teve destacada atuação na Alepe, chegando a presidir a Comissão de Orçamento, e com forte presença nas discussões sobre o petróleo.

Nas eleições de 1950, Osvaldo e seu pai romperam com Agamenon, que apoiou Cristiano Machado, e ficaram na campanha vitoriosa de Getúlio Vargas. Reeleito, Osvaldo Lima Filho continuou com um mandato destacado na Assembleia Legislativa de Pernambuco.

Em 1954 busca, por recomendação de Vargas, ser candidato a deputado federal, mas o PTB não lhe garantiu a legenda para não tomar a vaga de outros parlamentares do partido, então lança-se candidato a deputado federal pela Frente Democrática Pernambucana, composta por PSD, PSP, PDC e PRP, apoiando Cordeiro de Farias para governador. Então é eleito deputado federal, enquanto Cordeiro se elege governador.

Como deputado federal, integrou importantes comissões, como a de Economia e de Constituição e Justiça da Câmara, participando de um grupo que comporia a Frente Parlamentar Nacionalista, já no governo Juscelino Kubitscheck. Em 1958 tenta seu segundo mandato, novamente pela Frente Democrática de Pernambuco e apoia Jarbas Maranhão para o governo, porém o vitorioso foi Cid Sampaio.

Nas eleições de 1960, Osvaldo apoiou as candidaturas do marechal Henrique Teixeira Lott a presidente e de João Goulart a vice-presidente, porém as urnas deram vitória a Jânio Quadros e a Goulart, uma vez que nesta época as pessoas poderiam escolher presidente e vice de chapas distintas.

Com a renúncia de Jânio Quadros em 1961, Osvaldo Lima Filho teve papel determinante  na construção de um entendimento em torno de uma Emenda Constitucional que garantiu a ascensão de João Goulart ao cargo de presidente da República. Em 1962, já no PTB, Osvaldo é eleito deputado federal para o seu terceiro mandato, tornando-se também vice-presidente da Câmara dos Deputados, e em 1963 é escolhido por João Goulart para o ministério da Agricultura, substituindo José Ermírio de Moraes.

Como ministro, fez campanhas contra a febre aftosa e pela mecanização agrícola, e chegou a ter o orçamento do seu ministério dobrado, porém a sua atuação gerou algumas insatisfações na época de setores produtivos, devido a sua legalidade no trato das ações do ministério. Com a experiência de quem estava no terceiro mandato como deputado federal, advertiu por duas vezes o presidente João Goulart do risco de golpe que ele sofria, sem sucesso.

Com a queda de Jango, Lima Filho voltou para a Câmara dos Deputados e diante do Ato Institucional Número 2, que instaurou o bipartidarismo no Brasil, trocou o PTB pelo MDB, sendo reeleito em 1966. No ano de 1967, passou a atuar em movimentos que buscavam a redemocratização, ao lado de nomes ligados a lideranças como Juscelino Kubitscheck, Carlos Lacerda e Jânio Quadros.

Em 1968, por ser um dos articuladores da Frente Ampla, Osvaldo Lima Filho teve seu mandato cassado após o Ato Institucional Número 5, editado pelo presidente Costa e Silva, tendo seus direitos políticos retirados, o que o afastou da vida pública. Com o fim do bipartidarismo, Lima Filho filiou-se ao PMDB em 1979, e em 1982 tentou mais um mandato na Câmara dos Deputados, sagrando-se vitorioso e conquistando o quarto mandato em Brasília.

Com o processo de redemocratização, ele teve atuação destacada na ascensão de Tancredo Neves à presidência da República em 1985 nas eleições indiretas, mas em 1986, quando tentava seu quinto mandato, não conseguiu se eleger. Apesar disso, assumiu o mandato como suplente, atuando de forma decisiva na constituinte. Com a volta do titular, Marcos Queiroz ao mandato, Osvaldo voltou à suplência, mas depois com a vitória de Geraldo Melo para prefeito de Jaboatão dos Guararapes, ele é novamente efetivado deputado federal.

Nas eleições de 1990 tenta mais um mandato na Câmara dos Deputados, mas acaba ficando na suplência e em 1991 encerra sua trajetória política. Em 11 de novembro de 1994, aos  73 anos de idade, vem a óbito, encerrando uma história de luta em defesa da democracia e do nosso país. Ao longo de seus dois mandatos como deputado estadual, seus cinco mandatos como deputado federal e como ministro da Agricultura, Osvaldo Lima Filho ficou marcado na história de Pernambuco como uma importante personalidade do nosso estado.