Christopher Eugene O'Donnell, 26 Haziran 1970 tarihinde Winnetka, Illinois, ABD'de dünyaya gelmiştir. İrlanda ve Alman kökenli kalabalık bir Katolik ailenin yedi çocuğundan en küçüğü olan O'Donnell, eğitim hayatını Boston College'da Pazarlama alanında tamamladı. Genç yaşta modellik yaparak ve reklamlarda (özellikle Michael Jordan ile oynadığı McDonald's reklamı) görünerek sektöre adım attı. Sinema kariyerindeki ilk önemli çıkışını Jessica Lange ile birlikte rol aldığı "Men Don't Leave" (1990) filmiyle gerçekleştirdi. Ardından "Kızarmış Yeşil Domatesler" (Fried Green Tomatoes) (1991) ve Brendan Fraser, Matt Damon gibi isimlerle çalıştığı "School Ties" (1992) gibi yapımlarda yer aldı. Ancak O'Donnell'ın kariyerindeki asıl dönüm noktası, efsanevi aktör Al Pacino ile başrolü paylaştığı "Kadın Kokusu" (Scent of a Woman) (1992) filmi oldu. Charlie Simms karakteriyle sergilediği performans, ona En İyi Yardımcı Erkek Oyuncu dalında Altın Küre adaylığı getirdi ve Hollywood'un en parlak genç yeteneklerinden biri olarak tanınmasını sağladı. Bu başarının ardından "Üç Silahşörler" (The Three Musketeers) (1993) filminde D'Artagnan'ı canlandırarak başrol statüsünü pekiştirdi. 1995 yılında, Val Kilmer'ın Batman'i canlandırdığı "Batman Daima" (Batman Forever) filminde Dick Grayson / Robin rolünü üstlenerek dünya çapında şöhrete kavuştu ve "ShoWest Yarının Erkek Yıldızı" ödülünü kazandı. Bu ikonik rolü, 1997 yapımı "Batman & Robin" filminde George Clooney ile birlikte tekrarladı. Her ne kadar ikinci film eleştirmenlerce başarısız bulunsa da, O'Donnell 90'lı yılların sonlarında bir gençlik idolü haline gelmişti. Bu dönemde ayrıca Sandra Bullock ile "Aşkta ve Savaşta" (In Love and War) (1996) ve Gene Hackman ile gerilim türündeki "İdamlık" (The Chamber) (1996) filmlerinde rol aldı. 2000 yılında ise gişe başarısı yakalayan dağcılık gerilimi "Dikey Limit" (Vertical Limit) ile aksiyon türündeki yeteneğini sergiledi. 2000'lerin ortalarında kariyer rotasını televizyona çeviren aktör, "Two and a Half Men" ve "The Practice" gibi dizilerde göründükten sonra, popüler dizi "Grey's Anatomy"de (2006) veteriner Finn Dandridge rolüyle konuk oyuncu olarak yer aldı ve büyük beğeni topladı. Bu rol, onun televizyon dünyasındaki en uzun soluklu projesine kapı araladı. 2009 yılında başlayan ve 2023 yılına kadar 14 sezon boyunca devam eden CBS'in hit polisiye dizisi "NCIS: Los Angeles"ta Özel Ajan G. Callen karakterini canlandırdı. LL Cool J ile başrolü paylaştığı bu dizi, O'Donnell'ın kariyerinin en istikrarlı ve tanınan işlerinden biri oldu. Özel hayatında 1997 yılından beri Caroline Fentress ile evli olan Chris O'Donnell, beş çocuk babasıdır.