Odoevski nació en San Petersburgo en la familia del general mayor Ivan Sergeyevich Odoevski y de la princesa Praskovya Alexandrovna Odoevskaya, quien era prima hermana de su padre. Recibió educación en casa y desde joven se interesó por la literatura.

De acuerdo con las tradiciones de las familias nobles, el 11 de febrero de 1815 Odoevski fue registrado en el servicio civil como canciller en el Gabinete de Su Majestad, y desde el 31 de diciembre de 1818 se convirtió en secretario de la gobernación. En 1820 dejó el servicio civil y el 1 de octubre de 1821 se unió al servicio militar en el Regimiento de Caballería de la Guardia, donde fue reconocido en la dignidad noble y el 4 de noviembre de 1821 fue ascendido a junker. Más tarde recibió los rangos de estandarte-junker y corneta. Durante este período conoció a sus primos Alexander Griboedov y Vladimir Odoevski.

A principios de 1825, Odoevski se unió a la Sociedad del Norte de los Decembristas, alineándose con su parte radical. Participó en la revuelta en la Plaza del Senado el 14 de diciembre de 1825 y luego se presentó voluntariamente al jefe de policía de San Petersburgo, A. S. Shulgin. Odoevski fue encarcelado en la Fortaleza de Pedro y Pablo, en el baluarte de Alexeyevsky.

Fue condenado en el IV grado y sentenciado a 12 años de trabajos forzados, pero el 22 de agosto de 1826, la pena fue reducida a 8 años. El 20 de marzo de 1827 fue llevado a la prisión de Chita, donde escribió una respuesta al mensaje de A. S. Pushkin en Siberia. En septiembre fue trasladado a la fábrica de Petrovsky, y en 1832 fue enviado a asentarse en la fábrica estatal de Telmin en la región de Irkutsk. Desde allí, el 2 de abril de 1833, escribió una carta a Nicolás I pidiendo perdón. Desde 1833, Odoevski vivió en el pueblo de Elani en la provincia de Irkutsk, donde construyó una casa.

Gracias a la gestión de su padre, apoyada por el príncipe I. F. Paskevich, el 23 de mayo de 1836 Odoevski fue trasladado a Ishim en la provincia de Tobolsk. El 21 de julio de 1837 fue asignado como soldado en el ejército activo en el Cáucaso, donde se acercó a M. Y. Lermontov y conoció a N. P. Ogaryov. Odoevski era conocido como una persona inteligente, educada y noble, algunos incluso lo llamaban una personalidad "cristiana".

Murió en 1839 de fiebre malárica durante la construcción del Fuerte Lazarev en la costa este del Mar Negro. Los poemas de Odoevski, escritos antes de 1825, casi no se han conservado. Entre sus obras conocidas se encuentran el poema "Sonidos ardientes de las cuerdas proféticas...", la poema "Vasilko", los poemas "Zosima", "La anciana profetisa", "Mi Peri", "El matrimonio de Georgia con el reino ruso" y otros. Su lírica, con un énfasis en el inicio filosófico, se acerca a la obra de Lermontov. A Odoevski se le atribuye la famosa línea: "De una chispa se encenderá la llama...".