Tom Odell lahir pada tanggal 24 November 1990 di Chichester, West Sussex, Inggris. Ayahnya adalah seorang pilot maskapai penerbangan dan ibunya adalah seorang guru sekolah dasar. Ia memiliki seorang kakak perempuan. Saat kecil, Tom Odell pernah tinggal di Auckland, Selandia Baru setelah keluarganya pindah ke negara tersebut. Ia bersekolah di Seaford College dan juga pernah bersekolah di Selandia Baru.

Sejak kecil, Tom Odell sudah menulis lagu-lagu dalam sebuah band, namun mereka kesulitan mencari penyanyi utama. Hal ini menginspirasi Tom Odell untuk mulai menyanyikan lagu-lagu yang ia tulis sendiri. Ia mengatakan bahwa ia menyanyikan lagu-lagu tersebut sesuai dengan visinya sendiri daripada khawatir lagu-lagunya tidak terwujud seperti yang ia inginkan. Ketika berusia 18 tahun, Tom Odell memutuskan untuk tidak melanjutkan kuliah di University of York dan mencoba masuk ke sekolah musik di Liverpool. Setahun kemudian, ia kembali ke Chichester setelah kehilangan pekerjaannya sebagai barman. Dengan menggunakan mobil neneknya, ia sering pergi ke London untuk tampil di acara-acara musik dan memasang iklan di sekolah musik. Ia belajar di British and Irish Modern Music Institute (BIMM) di Brighton dan bermain sebagai bagian dari band Tom & the Tides sebelum pindah ke London dan memutuskan untuk menjadi artis solo karena ia "tidak ingin bergantung pada orang lain".

Karir Tom Odell dimulai ketika ia dikontrak oleh In the Name Of, sebuah label rekaman di bawah Columbia Records. Ia ditemukan oleh kepala label, Lily Allen, yang mengatakan bahwa "energinya di atas panggung mengingatkanku pada David Bowie". Tom Odell merilis extended play debutnya, Songs from Another Love, pada bulan Oktober 2012. Ia membuat penampilan televisi perdananya pada bulan November 2012 di acara Later... with Jools Holland; produser acara tersebut, Alison Howe, kemudian menggambarkannya sebagai "debut Later yang klasik". Pada bulan Januari 2013, Tom Odell diumumkan sebagai salah satu dari 15 nominasi untuk BBC Sound of 2013. Pada bulan yang sama, singelnya yang berjudul "Another Love" digunakan oleh BBC untuk mengiklankan jadwal mereka tahun 2013. Musik Tom Odell telah digunakan dalam berbagai acara pameran mode Burberry. Ia memenangkan penghargaan BRITs Critics' Choice Award, penghargaan yang sebelumnya dimenangkan oleh artis seperti Adele dan Florence and the Machine, dan menjadi artis pria pertama yang memenangkan penghargaan tersebut. Ia diwawancarai bersama pemenang sebelumnya, Emeli Sandé, selama acara televisi tersebut pada bulan Februari 2013. Album debut Tom Odell, Long Way Down, dirilis pada tanggal 24 Juni 2013 dan menduduki posisi nomor 1 di UK Official Chart. Ia seharusnya tampil sebagai pembuka konser The Rolling Stones di Hyde Park, London pada tanggal 13 Juli 2013, namun ia tidak dapat tampil karena sakit.

Pada tahun 2014-2015, Tom Odell tampil dengan lagu baru pertamanya setelah rilis album Long Way Down, yang berjudul "Alex". Ia juga dinobatkan sebagai "penulis lagu tahun ini" dalam acara Ivor Novello Awards 2014. Beberapa lagu Tom Odell, seperti "Can't Pretend", "Long Way Down", dan "Grow Old With Me", digunakan dalam berbagai acara televisi dan film terkenal. Lagu "Heal" juga digunakan dalam film If I Stay dan dalam beberapa serial TV seperti NCIS, The Vampire Diaries, dan Elementary. Tom Odell terus berkarya dan merilis album-album baru seperti Jubilee Road pada tahun 2018, Monsters pada tahun 2021, dan Best Day Of My Life pada tahun 2022.