О’До́ннелл родился в 1970 году 26 июня в Уиннетке, штат Иллинойс. Мама актёра — Джули Энн Рос фон Брехт, отец — Уильям Чарльз О’Доннелл, генеральный менеджер радиостанций WBBM-AM и CBS.

Крис — младший в семье из семи детей, у него четыре сестры и два брата. По отцовской линии у него ирландские корни, а по материнской — немецкие. Мальчик рос в религиозной семье и посещал римскую католическую школу, а также старшую школу Loyola Academy в Вилметте, штате Иллинойс, из которой он выпустился в 1988 году. В 1995 году О’Доннелл окончил Бостонский колледж со степенью бакалавра наук в области маркетинга.

В 13 лет он начал работать в модельном бизнесе и снялся в нескольких рекламных роликах, в том числе в рекламе McDonald's, где его персонаж обслуживал Майкла Джордана.

Карьера

Впервые на телевидении Крис появился в 1986 году в сериале Джей и Майк. А уже в 1990 году, в двадцатилетнем возрасте, он получил свою первую главную роль в фильме Мужчины не уходят, где сыграли Джессика Лэнг и Джоан Кьюсак. Также в начале 1990-х О’Доннелл снялся в ряде успешных фильмов, таких как Жареные зелёные помидоры (1991), Школьные узы (1992), в котором компанию ему составили Брендан Фрэйзер, Мэтт Деймон и Бен Аффлек и Запах женщины (1992) с Аль Пачино в главной роли. За последний фильм Крис был номинирован на Премию «Золотой глобус» за лучшую мужскую роль второго плана, но его обошёл Джин Хэкмен с фильмом Непрощённый. О’Доннелл был назван одним из 12 самых многообещающих молодых актёров 1992 года по версии ежегодного рейтинга John Willis' Screen World.

После успеха фильмов Голубое небо (1994) и Круг друзей (1995), О’Доннелл снялся в фантастическом фильме Бэтмен навсегда, где исполнил роль Робина. Он смог обойти таких кандидатов на эту роль как Мэтт Деймон, Леонардо Ди Каприо, Джуд Лоу, Юэн Макгрегор, Кори Фельдман, Кори Хэйм, Тоби Стивенс и Скотт Спидмен. Актёр также был одним из главных кандидатов на роль Джека Доусона в Титанике Джеймса Кэмерона, однако в итоге главная роль досталась Леонардо Ди Каприо.

В 1996 году Крис сыграл главную роль в фильме Камера, снятом по книге Джона Гришэма, в котором также сыграли Джин Хэкмен и Фэй Данауэй. В 1997 году О’Доннелл снялся в сиквеле Бэтмен и Робин. Несмотря на некоторый коммерческий успех ленты, критиками фильм был принят очень плохо. Считается, что этот провал больно ударил по карьере Криса. Изначально планировался спин-офф о Робине с О’Доннеллом в главной роли, но после беспощадной критики сиквела проект был немедленно заморожен.

В течение двух лет О’Доннелл не снимался. Ему первому была предложена роль J в фильме Люди в чёрном (1997), которая в итоге досталась Уиллу Смиту. Но Крис отверг её, посчитав, что эта роль ещё одного новичка, которую он уже сыграл в фильмах Бэтмен навсегда (1995) и Бэтмена и Робина (1997).

О’Доннелл и Марк Хэрмон на съёмках сериала NCIS в 2009 году
Фильм Роберта Олтмена Колесо фортуны (1998), Холостяк (1999) и Вертикальный предел (2000) были умеренно успешными. После Вертикального предела наступило четырёхлетнее затишье. Многие решили, что провал Бэтмена и Робина разрушил карьеру О’Доннелла. Но он вернулся в 2004 году с очень успешной лентой Кинси. В том же году Крис появился в сериале Два с половиной человека, в эпизоде «An Old Flame With A New Wick.»

В 2005 году О’Доннеллу предложили главную роль в сериале канала Fox Head Cases. Шоу закрыли сразу же, как только оно стартовало, и в эфир вышло только два эпизода. Во втором и третьем сезонах сериала канала ABC Анатомия страсти Крис сыграл ветеринара Финна Дэндриджа и появился в девяти эпизодах шоу.

В 2007 году Крис сыграл главную роль в шестисерийном мини-сериале телеканала TNT Контора, в котором он сыграл роль агента ЦРУ Харви Торрити. В сериале также играют Альфред Молина и Майкл Китон. А в 2008 вышли два фильма с участием О’Доннелла: Кит Киттредж: Загадка американской девочки и Макс Пэйн.

С 2009 года О’Доннелл снимается в телевизионном сериале канала CBS Морская полиция: Лос-Анджелес, спин-оффе сериала NCIS, в котором играет агента Отдела Специальных Проектов Джи Каллена.

В 2010 Крис появился в сиквеле фильма 2001 года Кошки против собак, Кошки против собак: Месть Китти Галор.

Личная жизнь

Крис О’Доннелл женат на Кэролайн Фентресс, учительнице начальных классов, с которой обручился в декабре 1996 года. У супругов пятеро детей — две дочери и три сына: Лилли О’Доннелл (род. 3 сентября 1999 года в Новой Зеландии), Кристофер Юджин «Чип» О’Доннелл (род. 24 октября 2000 года), Чарльз МакХью О’Доннелл (род. 11 июля 2003 года в Лос-Анджелесе), Финли О’Доннелл (род. 24 марта 2006 года в Лос-Анджелесе) и Мэйв Фрэнсис О’Доннелл (род. 10 декабря 2007 года).

О’Доннелл посещает римскую католическую церковь.

Вошёл в список 50 самых сексуальных людей 1996 года по версии журнала People.

5 марта 2015 года Крис получил звезду на Голливудской Аллее Славы. Поздравить его пришли коллеги по сериалу Морская полиция: Лос-Анджелес.