Chris O'Donnell participa actualmente en la serie de la CBS "NCIS: Los Ángeles". Recientemente ha aparecido también en el thriller de acción "Max Payne" y en la cinta familiar "Kit Kittredge: Sueños de periodista" y próximamente podremos verle en el film independiente "A Little Help", junto a Jenna Fischer.

O' Donnell hizo su debut en el cine con la aclamada interpretación del hijo rebelde de Jessica Lange en el título de Paul Brickman "Los hombres no abandonan", a la que siguió un memorable cameo en la película de Jon Avnet nominada a los Oscar "Tomates verdes fritos". En 1993, fue nominado a los Globos de Oro y se hizo con el premio de los Críticos de Cine de Chicago por su papel protagonista junto a Al Pacino en la varias veces oscarizada "Perfume de mujer", dirigida por Marty Brest. Posteriormente se metió en la piel del espadachín D'Artagan en "Los tres mosqueteros", papel que le valió el NATO/ShoWest Male Star of Tomorrow en 1994; adoptó un dialecto irlandés en la comedia romántica "Círculo de amigos"; y se metió en el bolsillo al público de todo el mundo con su destacada interpretación de Robin en la película más taquillera de 1995, "Batman Forever".

O'Donnell protagonizó posteriormente el thiller negro de temática legal "Cámara sellada" y el romance de época de Richard Attenborough "En el amor y en la guerra", antes de retomar su papel de acróbata temerario y superhéroe novato de Robin en la exitosa cinta de 1997 "Batman y Robin". Participó en la aclamada comedia de Robert Altman "Cookie's Fortune" con un impresionante reparto coral compuesto por Glenn Close, Julianne Moore y Liv Tyler; y, en 2004, compartió pantalla junto a Laura Linney y Liam Neeson en la película nominada a los Globos de Oro "Kinsey".

Entre sus otros trabajos en cine destacan el thriller de acción "Límite vertical", dirigido por Martin Campbell, y la comedia romántica "El soltero", junto a Renée Zellweger, producida por su propia empresa, George Street Pictures.

En 2002, O'Donnell hizo su debut sobre los escenarios de Broadway con la obra de Arthur Miller "El hombre que tenía toda la suerte", con Samantha Mathis. Sus proyectos televisivos incluyen la reciente miniserie para la TNT "The Company", y un papel recurrente en "Anatomía de Grey".