Seydişehir’e bağlı Ortakaraören köyünde doğdu. Babasının adı Hüseyin, annesinin adı Rabia’dır. 1951 yılında İvriz Köy Enstitüsünden mezun olduktan sonra sırasıyla Konya Karapınar Arısama Yaylası, Beyşehir Gönyem ve kendi doğum yeri olan Ortakaraören’de yedi yıl ilkokul öğretmenliği ve müdürlüğü yaptı. 1960 yılında Gazi Eğitim Enstitüsü Pedagoji Bölümü’nü bitirdi. İlköğretim müfettişi olarak tayin edildi. Askerliğini yedek subay olarak Mersin Astsubay Okulunda yaptı. Ankara’da bir yıl İngilizce öğrenimi gördü. Ardından Amerika’ya giderek Wisconsin Üniversitesi Eğitim Fakültesinde öğrenim gördü. Mezuniyet sonrası aynı üniversitede mastır derecesini alıp, doktora çalışması yaptı. 1967-1969 yılları arasında Hacettepe Üniversitesi Sosyal ve İdari Bilimler Fakültesinde öğrenim gördü. Mezuniyet sonrası grup dinamiği ve liderlik derslerini okuttu.
14 Ekim 1969 seçimlerinde CHP listesinden Konya’dan XIV. Dönem milletvekili seçildi. 1970’de Avrupa Konseyi üyeliği ve partisinin parti meclis üyesi oldu. 1971 yılında CHP Genel Sekreter Yardımcılığına getirildi.
14 Ekim 1973 seçimlerinde Konya’dan tekrar Milletvekili seçildi ve 26 Ocak 1974 tarihinde kurulan XXXVII. Koalisyon Hükümeti’nde millî eğitim bakanı olarak görev yaptı. XL. Hükümet Döneminde de Millî Eğitim ve Kültür Bakanlığı görevini üstlendi.
Millî Eğitim Bakanlığı döneminde “mektupla öğretim” için çaba harcadı. Çözüm önerdi, üniversite çağına gelmiş hiçbir gencin sokakta kalmaması için ülkenin kısıtlı imkânları çerçevesinde fırsat eşitliği oluşturmaya çalıştı.
5 Ocak 1978’de tekrar seçildiği CHP Genel Sekreterliği görevini ölümüne kadar sürdürdü.
30 Haziran 1983’te bir trafik kazasında hayatını yitiren Üstündağ, Üçler Mezarlığı’nda toprağa verildi.
Mustafa Üstündağ, evli ve üç çocuk babasıydı.