Minore di sette fratelli (sono quattro sorelle e due fratelli), nasce nella gialla terra dell'Illinois, figlio di una venditrice di case e di un direttore radiofonico di origini irlandesi e tedesche. Cresciuto sotto i principi del cattolicesimo, frequenta la Catholic School, seguita poi dalla Loyola Academy a Willmette, diplomandosi nel 1988. Iscrittosi al Boston College e laureato in arte e marketing, lavorava già come fotomodello dall'età di 13 anni, grazie all'aiuto della sorella Sally che lo mise in contatto con un talent scout. Dopo essere apparso in numerosi spot commerciali, fra cui uno della McDonald, decide di chiudere con il lavoro di fotomodello e di cominciare a prendere in considerazione il mestiere di attore.
Una macchina per un provino
A soli 17 anni, si presenta per un'audizione del film Gli uomini della mia vita (1990) di Paul Brickman, anche se inizialmente non era molto convito di voler partecipare al provino, infatti sua madre dovette convincerlo con un abile ricatto: «Se tu riesci a ottenere quel ruolo, io ti regalo un'auto nuova». Ovviamente, al solo pensiero di un'automobile, un teenager non può che buttarsi nella mischia! E la promessa riesce. Chris O'Donnell è nel cast della pellicola e ha la fortuna di recitare accanto a Jessica Lange, la sottovalutata Joan Cusack e Kathy Bates. Il grande passo del debutto è dunque compiuto. È il 1991, quando Barbra Streisand lo chiama personalmente nel suo dormitorio universitario per interpretare suo figlio ne Il principe delle maree, trovando però uno dei suoi compagni di stanza che risponde al telefono e prende il messaggio... ma rimane piuttosto perplesso e pensa a uno scherzo, perché Chris non aveva mai menzionato di fare parte del mondo dello show biz! Come sappiamo tutti, la Streisand deciderà in seguito di dare il ruolo di suo figlio al suo vero figlio e O'Donnell verrà messo da parte, ma per interpretare l'anno dopo Scent of a Woman - Profumo di donna (1992) di Martin Brest, remake del film di Dino Risi, ma con Al Pacino, Philip Seymour Hoffman e Frances Conroy e che gli varrà una nomination ai Golden Globe come miglior attore non protagonista.
Il ruolo di Robin
Gli Studios vogliono dargli un'opportunità e così lo scelgono per interpretare D'Artagnan ne I tre moschettieri (1993): pessima scelta! Tanto è vero che si beccherà una candidatura ai Razzie Award come peggior attore! Scalzato Leonardo DiCaprio, Alan Cumming, Toby Stephens, Jude Law, Ewan McGregor e Christian Bale per il ruolo di Robin ne Batman Forever (1995) con Jim Carrey e Nicole Kidman, ritorna a Gotham City anche nel suo seguito Batman & Robin (1997) con Arnold Schwarzenegger, ma non è un successone, anzi si meriterà sonoramente assieme a George Clooney una nuova nomination ai Razzie Award per la peggiore coppia sul grande schermo!
Il declino
Dopo un inizio col botto, insomma, non riesce proprio a decollare. Neanche quando diventa protagonista de L'ultimo appello (1996) con Gene Hackman e Faye Dunaway. Poco male, perché si consolerà con un stupendo matrimonio con la sua compagna universitaria, oggi maestra elementare, Caroline Fentress, dalla quale avrà ben 5 figli: Lily Anne, Christopher Eugene, Charles McHugh, Finley e Maeve Frances! Ma prima di essere un pater familias eccelso e molto "produttivo", viene informato dalla 20th Century Fox con la quale aveva un contratto, che forse avrebbe avuto il ruolo di protagonista in un certo film di James Cameron sul Titanic. La storia però ha voluto che DiCaprio si prendesse una bella rivincita su chi gli aveva rubato il ruolo di Robin, portandosi a casa la leggendaria parte di Jack Dawson. O'Donnell non si dispera e fa la parte di un poliziotto nel film di Robert Altman La fortuna di Cookie (1999) con Ned Beatty, Glenn Close, Liv Tyler, Patricia Neal, Lyle Lovett e Julianne Moore.
Il percorso televisivo
Considerato come possibile Spiderman/Peter Parker nella trilogia dell'uomo ragno firmata da Sam Raimi, mette da parte il cinema e si concentra invece sulla carriera televisiva, lavorando in telefilm come The Practice - Professione avvocati (2003) con Sharon Stone, Due uomini e mezzo (2004), Grey's Anatomy(2006) e The Company (2007) di Mikael Salomon, e su quella teatrale portando sulle scene "The Man Who Had All the Luck" di Arthur Miller.
