Před 20. stoletím
V 15. století našeho letopočtu žily na místě dnešní Oděsy kočovné kmeny Nogajů pod vládou Krymského chanátu. Za vlády chána Hačiho I. Giraye byl chanát ohrožen Zlatou hordou a osmanskými Turky. Aby získal pomoc, daroval chán Oděsu Litevskému velkoknížectví. Místo nyní nazývané Oděsa se tehdy jmenovalo Chadžibej (psáno také jako Chadžibej, Chadžibej nebo Gadžibej; litevsky: Chadžibėjus; krymskotatarsky a turecky: Hacibey). Byla součástí Dykranského regionu. V tomto regionu žilo jen málo lidí. Byli součástí turkických kmenů. Území tvořily převážně pusté stepi.
Osmanská říše ovládla Chadžibej po roce 1529. Okolí Chadžibeje bylo pojmenováno Yedisan. V polovině 18. století Osmané v Khadjibey přestavěli pevnost. Byla pojmenována Eni Dunia (turecky Yeni Dünya, doslova "nový svět").
V době rusko-turecké války (1787-1792), 25. září 1789, vedl Ivan Gudovič skupinu ruských vojáků do Chadžibeje. Obsadili Chadžibej a Jeni Dünya pro Ruské impérium. Jednu skupinu vojáků vedl Španěl v ruské armádě jménem generálmajor José de Ribas. Rusové ho pojmenovali Osip Michajlovič Deribas. Hlavní ulice v Oděse se dnes po něm jmenuje Deribasovská. V roce 1792 Turecko v Jassijské smlouvě (Jassijská dohoda) povolilo Rusku, aby si město ponechalo. Rusové z něj učinili součást místa, které pojmenovali Novorossija (Nové Rusko).
Ruská vláda se v roce 1794 rozhodla postavit na troskách města Chadžibej námořní pevnost. Ta se v lednu 1795 stala městem s názvem Oděsa. V tomto roce byl její nový název poprvé zapsán vládními písmeny. Důvody nového názvu se ztratily, ale lidé si o něm vytvořili příběhy. Podle jedné z nich, když někdo řekl, že by se nový ruský přístav měl jmenovat Oděsa, Kateřina II. řekla, že všechna jména na jihu říše jsou již "mužská" a ona nechce další, a tak se rozhodla změnit ho na "ženštější" Oděsa. Tato historka může být nepravdivá. Existovala přinejmenším dvě města (Eupatoria a Theodosia) s názvy, které znějí pro Rusa "žensky"; Kateřina II. také v dětství nemluvila rusky a konečně, všechna města jsou v řečtině (a v latině) ženského rodu. Další historka říká, že jméno Oděsa pochází ze slovní hříčky ve francouzštině. Francouzština byla tehdy jazykem, kterým se mluvilo na ruském dvoře. 'Spousta vody' je ve francouzštině assez d'eau. Když se to řekne pozpátku, zní to jako název řecké kolonie. Slovní hříčka o vodě dává smysl. Oděsa leží u velmi velké vodní plochy, ale má málo sladké vody. Každopádně je zde stále spojitost s názvem staré řecké kolonie. Takže na tom, co lidé říkali kdysi dávno, může být něco pravdy.
Nové město se rychle stalo velmi úspěšným. Na jeho počátečním růstu se velkou měrou podílel vévoda de Richelieu, který byl v letech 1803-1814 guvernérem města. Uprchl před Francouzskou revolucí a sloužil v Kateřinině armádě proti Turkům. Zasloužil se o projektování města a organizaci jeho občanské vybavenosti a infrastruktury a je považován za jednoho ze zakladatelů Oděsy, spolu s dalším Francouzem, hrabětem Alexandrem Langeronem, který ho ve funkci vystřídal. Richelieu je připomínán bronzovou sochou, odhalenou v roce 1828 podle návrhu Ivana Martoše.
V roce 1819 se město stalo svobodným přístavem a tento status si udrželo až do roku 1859. Stalo se domovem velmi různorodého obyvatelstva Ukrajinců, Rusů, Židů, Řeků, Bulharů, Albánců, Arménů, Italů, Francouzů, Němců a obchodníků zastupujících mnoho dalších evropských národností (odtud četné "etnické" názvy na mapě města, např. Francouzský a Italský bulvár, Řecká, Evrejská, Arnautská, Albánská ulice). Její kosmopolitní charakter zdokumentoval velký ruský básník Alexandr Puškin, který v Oděse žil ve vnitřním vyhnanství v letech 1823-1824. Ve svých dopisech napsal, že Oděsa je město, kde "je cítit Evropa. Mluví se tu francouzsky a čtou se tu evropské noviny a časopisy".
Rozvoj Oděsy přerušila krymská válka v letech 1853-1856, během níž byla bombardována britskými a francouzskými námořními silami. Brzy se zotavila a díky růstu obchodu se Oděsa stala největším ruským přístavem vyvážejícím obilí. V roce 1866 bylo město spojeno železnicí s Kyjevem a Charkovem a také s rumunským městem Jasy.
V průběhu 19. století se město stalo domovem početné židovské komunity a v roce 1897 tvořili Židé podle odhadů asi 37 % obyvatelstva. Byli však opakovaně vystaveni tvrdé perzekuci. Pogromy se odehrály v letech 1821, 1859, 1871, 1881 a 1905. Mnoho Židů uprchlo do zahraničí, zejména po roce 1882 do Palestiny, a město se stalo významnou základnou podpory sionismu.
První polovina 20. století
V roce 1905 se Oděsa stala místem dělnického povstání, které podpořila posádka ruské bitevní lodi Potěmkin (viz také povstání na bitevní lodi Potěmkin) a Leninova Iskra. Slavný film Sergeje Ejzenštejna Křižník Potěmkin toto povstání připomínal a zahrnoval scénu, v níž byly na velkém kamenném schodišti (dnes lidově zvaném "Potěmkinovy schody") zabity stovky oděských občanů, což je jedna z nejslavnějších scén v dějinách filmu. Na vrcholu schodů, které vedou dolů do přístavu, stojí socha Richelieu. Skutečný masakr se odehrál v okolních ulicích, nikoliv na samotných schodech, ale film způsobil, že mnozí navštívili Oděsu, aby se na místo "masakru" podívali. Schody jsou dodnes turistickou atrakcí. Film byl natočen v Oděské filmové továrně, jednom z nejstarších filmových studií v bývalém Sovětském svazu.
Po bolševické revoluci v roce 1917 během první světové války byla Oděsa obsazena několika skupinami, včetně ukrajinské Centrální rady, francouzské armády, Rudé armády a Bílé armády. Nakonec v roce 1920 převzala kontrolu nad Oděsou Rudá armáda a spojila ji s Ukrajinskou SSR, která se později stala součástí SSSR.
Obyvatelé Oděsy trpěli velkým hladomorem, který nastal v letech 1921-1922 v důsledku války. Během druhé světové války obsadila město v letech 1941-1944 rumunská a německá vojska, což způsobilo vážné škody a mnoho obětí.
Za okupace Osy bylo přibližně 60 000 Oděsanů (většinou Židů) buď zmasakrováno, nebo deportováno. Mnoho částí Oděsy bylo poškozeno během jejího pádu a pozdějšího znovudobytí v dubnu 1944, kdy bylo město konečně osvobozeno sovětskou armádou. Byla jedním ze čtyř prvních sovětských měst, kterým byl v roce 1945 udělen titul "město hrdina".
Druhá polovina 20. století
V 60. a 70. letech 20. století se město velmi rozrostlo. Nicméně v 70. až 90. letech 20. století většina Židů, kteří v Oděse přežili, emigrovala do Izraele, Spojených států a dalších západních zemí. Rozsáhlá domácí migrace oděských středních a vyšších vrstev do Moskvy a Leningradu, které nabízely ještě větší možnosti kariérního postupu. Město se však rychle rozrůstalo zaplňováním prázdného místa novými venkovskými migranty odjinud z Ukrajiny, průmyslovými odborníky pozvanými z Ruska i dalších sovětských republik. Přestože bylo město součástí Ukrajinské socialistické republiky, zachovalo si a poněkud posílilo svou jedinečnou kosmopolitní směs ruské/ukrajinské/středomořské kultury a převážně ruskojazyčného prostředí s jedinečným přízvukem ruského dialektu, kterým se ve městě mluví. Ruská, ukrajinská, řecká, arménská, moldavská a ázerbájdžánská a židovská komunita ve městě ovlivnily různé aspekty Oděsy.
V roce 1991, po pádu komunismu, se město stalo součástí nové nezávislé Ukrajiny. Dnes má Oděsa přibližně 1,1 milionu obyvatel. K průmyslovým odvětvím města patří stavba lodí, rafinerie ropy, chemický průmysl, kovovýroba a potravinářství. Oděsa je také ukrajinskou námořní základnou a sídlem rybářské flotily. Je také známá svým obrovským venkovním tržištěm, Sedmikilometrovým trhem.
Dopravní síť Oděsy tvoří tramvaje, trolejbusy, autobusy a maršutky.