Ihr Vater wurde in Kolumbien geboren und hat französische und italienische Wurzeln. Ihre Mutter ist Kubanerin. Der House-Star selbst spricht fließend Spanisch.
Odette Annable beginnt ihre Film- und Fernsehkarriere als Odette Yustman im Alter von nur fünf Jahren in dem Film „Kindergarten Cop“, hat in ihrer Jugend aber nur wenige weitere Auftritte. Nach dem Schulabschluss entscheidet sie sich gegen ein Studium in Finanzwirtschaft und beschließt ihrer Leidenschaft, dem Schauspielern, nachzugehen.
Nach einem längeren Handlungsbogen in der Serie South Beach (2006) übernimmt die Darstellerin eine Hauptrolle in der kurzlebigen Serie October Road (2007-2008). Im Familiendrama Brothers & Sisters ist sie 2010 in fünf Episoden als Annie zu sehen.
2011 bis 2012 spielt Annable gleich in zwei Serie eine Hauptrolle: Als Melanie Green ist sie eine verführerische Einbrecherin in Breaking In. Als Dr. Jessica Adams wird sie zum Mitglied im Diagnostikteam um Dr. House (Hugh Laurie) in der letzten Staffel der FOX-Serie House. Es folgen Gastauftritte in Golden Boy, New Girl, Anger Management und Two And A Half Men.
In Banshee übernimmt die gefragte Schauspielerin die Rolle der Nola Longshadow (2013-2014). Im schnell wieder abgesetzten Medizinerdrama Rush hat Odette Annable 2014 eine wiederkehrende Rolle inne. Ihre nächste Serienhauptrolle erhält sie im ABC-Drama The Astronaut Wives Club (ab 2015).
Daneben ist sie in Filmen wie „Cloverfield“ (2008), „The Unborn“ (2009) und „The Double“ (2011) mit von der Partie. 2015 steht sie neben Fran Kranz für die Romanze „The Truth About Lies“ vor der Kamera.
2016 ist sie Teil des Stammcasts der Serie Pure Genius.
Seit dem 10. Oktober 2010 ist die Schauspielerin mit David Annable (Brothers & Sisters) verheiratet, dessen Familiennamen die Darstellerin angenommen hat. Im September 2015 ist ihre gemeinsame Tochter Charlie Mae Annable zur Welt gekommen.