Владимир Федорович Одоевский родился 11 августа (по старому стилю 30 июля) 1803 г. в Москве в семье крупного чиновника. Впрочем, в разных источниках называются и 8, и 9 августа, а также 1804 г. вместо 1803.
Одоевский принадлежал к старинному княжескому роду (отец вел свою родословную от легендарного варяга Рюрика), который из-за бездетности на нем и закончился. Род Одоевских обеднел к моменту его рождения, а отец его умер, когда мальчику не было и пяти лет. Мать вторично вышла замуж, ребенок рос в семье родственников отца, назначенных его опекунами; отношения с ними были сложными. В раннем детстве начинается дружба с двоюродным братом – будущим декабристом А.И. Одоевским.
В 1816 г. Одоевский поступает в Московский университетский благородный пансион, дававший глубокое и всестороннее образование. Здесь юноша с особенным интересом изучал философию, в частности, увлекся трудами Шеллинга. Также он активно посещает литературные кружки, заседания Общества любителей российской словесности. Печататься Одоевский начинает уже в годы учебы: первые произведения («Разговор о том, как опасно быть тщеславным», «Дни досад») выходят в журнале «Вестник Европы».
В 1822 г., окончив пансион с золотой медалью, молодой человек погрузился в науки, в литературные и философские занятия. Он изучает анатомию, физику, химию, технику, становится завсегдатаем салона Зинаиды Волконской. А в 1823 г. со своим другом, поэтом Дмитрием Венивитиновым, создает Общество любомудрия. Целью его участников было изучение античных и немецких философов, создание оригинальной отечественной философии, из которой должна была возникнуть новая русская литература. «Любомудры» проповедовали необходимость для литературы не только чувств, но и мыслей, а для науки – не только логики, но и образности. Философия представлялась им всемогущим ключом к великим областям бытия. В отличие от декабристов, члены общества свою центральную задачу усматривали в просветительстве, в постепенных культурных преобразованиях. Одоевский и Кюхельбекер начинают издавать альманах «Мнемозина», в котором печатаются Пушкин, Грибоедов, Баратынский, Вяземский. Издание это, как и Общество любомудрия, прекращает свое существование после восстания декабристов. Опасаясь преследований, Одоевский сжигает в камине протоколы собраний и распускает общество.
В 1826 г. Одоевский женится и переезжает в Петербург. Он поступает на службу в Цензурный комитет Министерства внутренних дел. Он является одним из авторов либерального цензурного устава, первых законов об авторском праве.
Все последующие десятилетия имя его широко известно, он находится в самом центре литературной и культурной жизни России, сотрудничает с «Литературной газетой», с альманахом «Северные цветы». Пушкин приглашает его участвовать в издании задуманного им журнала «Современник» (оно продолжалось некоторое время и после смерти Пушкина). В литературном салоне Одоевского собираются выдающиеся писатели (Пушкин, Крылов, Грибоедов, Гоголь, Лермонтов, Кольцов, Тургенев, Достоевский, Островский, Гончаров), музыканты (Глинка, Даргомыжский, Балакирев, Рубинштейн), издатели, ученые, путешественники.
Сам он выступает как философ, прозаик, литературный и музыкальный критик. В 1833 г. были изданы «Пестрые сказки», вызвавшие восторг Гоголя. В 1834 г. отдельно опубликован «Городок в табакерке», одна из лучших во всей мировой словесности литературных сказок, выдерживающая сравнение с андерсеновскими и ставшая непременным чтением русских детей. Хрестоматийным детским чтением стали также «Сказки и повести для детей дедушки Иринея» (1838). Появились несколько романтических повестей с «музыкальными» сюжетами – «Последний квартет Бетховена», «Opere del Cavaliere Giambatista Piranese», «Себастиан Бах»; «российская гофманиана» – повести «Сегелиель», «Косморама», «Сильфида», «Саламандра». Успех имели и его светские повести – «Княжна Мими» (1834) и «Княжна Зизи» (1835).
А главным опытом Одоевского в области художественной словесности стал философский роман «Русские ночи», завершенный к 1843 и изданный в 1844 г в составе трехтомного собрания сочинений Одоевского
Как государственный чиновник и общественный деятель Одоевский активно занимался просвещением народа. Он был одним из издателей сборников «Сельское чтение», где помещались популярные статьи по самым различным проблемам – от медицинских и гигиенических до религиозно-нравственных. Он стал также одним из основателей Общества посещения бедных и в течение нескольких десятилетий играл видную роль в развитии российской благотворительности.
С 1846 по 1861 г. Одоевский был помощником директора Императорской Публичной библиотеки (ныне – Российская национальная библиотека) и заведующим Румянцевским музеем, хранителем его ценностей, впоследствии положенных в основу Российской государственной библиотеки.