Преди 20-ти век
На мястото, където сега се намира градът, вероятно е имало много стара гръцка колония на име Олбия (на гръцки: Ολβία, славен). Много паметници от стари времена свързват това място с Източното Средиземноморие.
През Средновековието тези земи са били част от Киевска Рус, Галичкото и Волинското княжество, Златната орда, Великото литовско княжество, Кримското ханство и Османската империя. През XIV в. там търгуват кримските татари. По време на руско-турските войни земите са завзети от Русия. Това се случва в края на XVIII век.
От 1819 до 1858 г. Одеса е свободно пристанище (porto franco). По времето на СССР е най-важното търговско пристанище в СССР и съветска военноморска база. На 1 януари 2000 г. Карантинният кей на търговското морско пристанище Одеса е превърнат в свободно пристанище и свободна икономическа зона за 25 години.
15-ти век
През XV в. от н.е. там живеят номадски племена на ногайците, които са под управлението на Кримското ханство. По време на управлението на хан Хаджи I Гирай той е в опасност от Златната орда и османските турци. За да получи помощ, ханът предава Одеса на Великото литовско княжество. Мястото, което сега се нарича Одеса, тогава е наречено Хаджибей (изписвано също като Хаджибей, Хаджибей или Гаджибей; литв: Хаджибей; на кримско-татарски и турски: Hacibey). Бил е част от областта Дикра. В този регион са живели малко хора. Те са били част от тюркските племена. Земята е била предимно пуста степ.
След 1529 г. Османската империя контролира Хаджибей. Близкият регион Хаджибей е наречен Йедисан. В средата на XVIII в. османците възстановяват крепост в Хаджибей. Тя е наречена Ени Дуня (на турски: Yeni Dünya, буквално "нов свят").
По време на войната между Русия и Турция (1787-1792 г.), на 25 септември 1789 г., Иван Гудович повежда група руски войници към Хаджибей. Те превземат Хаджибей и Йени Дюня за Руската империя. Испанец в руската армия на име генерал-майор Хосе де Рибас ръководи една група войници. Руснаците го кръщават Осип Михайлович Дерибас. Главната улица в Одеса днес е наречена на негово име Дерибасовска. През 1792 г. Турция позволява на Русия да задържи града по силата на Ясийския договор (споразумение от Яси). Руснаците го правят част от мястото, което наричат Новорусия (нова Русия).
Произход на името
През 1794 г. руското правителство решава да построи морска крепост върху руините на град Хаджибей. През януари 1795 г. градът е наречен Одеса. През същата година новото му име е изписано за първи път с правителствени букви. Причините за новото име са изгубени, но хората са имали теории.
Екатерина II
Според една от историите, когато някой казал, че новото руско пристанище трябва да се казва Одесос, Екатерина II казала, че всички имена в южната част на империята вече са "мъжки" и тя не искала да има още едно. Затова решила да го промени на по-"женското" Одеса. Тази история може да е невярна.
Френски
Имало е поне два града (Евпатория и Теодосия) с имена, които звучат "женски" за руснак; освен това Екатерина II не е говорила руски, когато е била дете, и накрая, всички градове са от женски род на гръцки (и на латински). Друга версия е, че името "Одеса" е резултат от игра на думи във френския език. Тогава френският е бил езикът, който се е говорел в руския двор. "Много вода" на френски е assez d'eau. Ако се произнесе това наобратно, звучи като името на гръцката колония. Играта на думи за водата има смисъл. Одеса е в непосредствена близост до много голям водоем, но има малко прясна вода. Така или иначе, все още има връзка с името на старата гръцка колония. Така че може би има известна истина в нещата, които хората са казвали преди време.
Новият град бързо се превръща в голям успех. Ранният му растеж се дължи до голяма степен на работата на херцог дьо Ришельо, който е губернатор на града между 1803 и 1814 г. След като бяга от Френската революция, той служи в армията на Екатерина срещу турците. На него се приписват заслуги за проектирането на града и организирането на неговите удобства и инфраструктура. Смятан е и за един от основателите на града заедно с друг французин, граф Александър Ланжерон, който го наследява на поста. Ришельо е увековечен с бронзова статуя, открита през 1828 г. по проект на Иван Мартос.
Безплатно пристанище
През 1819 г. градът е обявен за свободно пристанище, който статут запазва до 1859 г. Той става дом на изключително разнородно население от украинци, руснаци, евреи, гърци, българи, албанци, арменци, италианци, французи, германци и търговци, представляващи много други европейски националности (оттук и многобройните "етнически" имена на картата на града, напр. булевардите Французки (френски) и Италиански (италиански), улиците Гръцка (гръцка), Еврейска (еврейска), Арнаутска (албанска)). Космополитният характер на града е документиран от големия руски поет Александър Пушкин, който живее във вътрешно изгнание в Одеса между 1823 и 1824 г. В писмата си той пише, че Одеса е град, в който "се усеща мирисът на Европа. Говори се френски и се четат европейски вестници и списания".
Растежът на Одеса е прекъснат от Кримската война от 1853-1856 г., по време на която градът е бомбардиран от британски и френски военноморски сили. Скоро тя се възстановява и ръстът на търговията превръща Одеса в най-голямото руско пристанище за износ на зърно. През 1866 г. градът е свързан с железопътна линия с Киев и Харков, както и с Яш, Румъния.
През XIX в. в града се заселва голяма еврейска общност. Към 1897 г. евреите са приблизително 37% от населението. Въпреки това те многократно са били подлагани на жестоки преследвания. Погроми са извършени през 1821 г., 1859 г., 1871 г., 1881 г. и 1905 г. Много евреи бягат в чужбина, особено в Палестина след 1882 г., и градът се превръща във важна база за подкрепа на ционизма.
Първата половина на 20 век
През 1905 г. в Одеса избухва работническо въстание, подкрепено от екипажа на руския броненосец "Потьомкин" (вж. също Въстание на броненосеца "Потьомкин") и от "Искра" на Ленин. Известният филм на Сергей Айзенщайн "Броненосецът "Потьомкин"" е посветен на въстанието и включва сцена, в която стотици одески граждани са убити на голямото каменно стълбище (сега популярно като "Стъпалата на Потьомкин"), в една от най-известните сцени в историята на киното.
В горната част на стълбите, които водят към пристанището, се намира статуята на Ришельо. Действителното клане се е случило на близките улици, а не на самите стъпала, но филмът кара мнозина да посещават Одеса, за да видят мястото на "клането". Стъпалата продължават да бъдат туристическа атракция. Филмът е заснет в Одеския кинозавод, една от най-старите киностудии в бившия Съветски съюз.
След болшевишката революция през 1917 г., по време на Първата световна война, Одеса е окупирана от няколко групировки, сред които Украинската централна рада, Френската армия, Червената армия и Бялата армия. Накрая, през 1920 г., Червената армия поема контрола над Одеса и я обединява с Украинската ССР, която по-късно става част от СССР.
Жителите на Одеса страдат от големия глад, който настъпва през 1921-1922 г. в резултат на войната. По време на Втората световна война румънски и германски войски окупират града от 1941 до 1944 г., като причиняват сериозни щети и много жертви.
По време на окупацията от Оста около 60 000 одесчани (предимно евреи) са избити или депортирани. Много части на Одеса са повредени по време на падането ѝ и по-късно при повторното ѝ превземане през април 1944 г., когато градът е окончателно освободен от Съветската армия. Той е един от първите четири съветски града, на които през 1945 г. е присъдено званието "град-герой".
Втора половина на 20 век
През 60-те и 70-те години на миналия век градът се разраства неимоверно. Между 70-те и 90-те години на ХХ век по-голямата част от оцелелите евреи в Одеса емигрират в Израел, САЩ и други западни страни. Мащабна вътрешна миграция на одеската средна и висша класа към Москва и Ленинград, които предлагат още по-големи възможности за кариерно израстване. Градът обаче се разраства още повече, като запълва празнотата с нови селски мигранти от други части на Украйна. От Русия, както и от други съветски републики, бяха поканени специалисти от промишлеността.
Въпреки че е част от Украинската социалистическа република, градът запазва и донякъде укрепва своята уникална космополитна смесица от руска, украинска и средиземноморска култура. Той също така запазва предимно рускоезичната си среда, като в града се говори уникален диалект на руския език с акцент. Руската, украинската, гръцката, арменската, молдовската, азербайджанската и еврейската общност в града са допринесли за различните аспекти на Одеса.
През 1991 г., след разпадането на Съветския съюз, градът става част от новата независима Украйна. Към 2020 г. Одеса е град с население от около 1,1 млн. души. Промишлеността на града включва корабостроене, нефтопреработване, химическа промишленост, металообработване и хранително-вкусова промишленост. Той е и украинска военноморска база и дом на риболовен флот. Известен е и с огромния си пазар на открито - Седмокилометровия пазар.
Транспортната мрежа на Одеса се състои от трамваи (трамвайни мотриси), тролейбуси, автобуси и маршрутки.