Μετά την επανάσταση του Λάμπρου Κατσώνη, ο πατέρας του, που έλαβε ενεργά μέρος σε αυτή, συνελήφθη στα Επτάνησα από τους Βενετούς και παραδόθηκε στους Τούρκους, όπου βασανίστηκε και αποκεφαλίστηκε, όταν ο Οδυσσέας ήταν 8 ετών. Με τη βοήθεια του περιβάλλοντος της μητέρας του εισήλθε στην αυλή του Αλί Πασά Τεπελενλί στα Ιωάννινα και γρήγορα ξεχώρισε για τις ικανότητές του. Φοίτησε στην στρατιωτική σχολή πολέμου που είχε οργανώσει ο πασάς και παρά τα επεισόδια που ξεσήκωνε ο χαρακτήρας του, ο τελευταίος πάντα τον συγχωρούσε και τον προωθούσε. Έφτασε μάλιστα στο σημείο να προαχθεί σε αρχηγό της προσωπικής φρουράς του Αλί και να μεταστραφεί στην αλεβίτικη θρησκεία, όπως ο πασάς (αν και αυτό μάλλον ήταν ένα επιφανειακό προαπαιτούμενο για να πάρει τη θέση).
Το 1818, ο Ανδρούτσος μυήθηκε στη Φιλική Εταιρία και εργάστηκε για να διευρύνει το δίκτυό της με άξιους πολεμιστές. Ο Αλί πασάς τον διόρισε δερβέναγα στην Ανατολική Στερεά λίγο πριν επαναστατήσει κατά του σουλτάνου στην Κωνσταντινούπολη. Ως δερβέναγας, ο Οδυσσέας Ανδρούτσος ήταν αρχηγός όλων των ελαφρών ομάδων ενόπλων και πολέμησε στο πλευρό των δυνάμεων του Αλί κατά των σουλτανικών στρατευμάτων το 1820 κερδίζοντας για τον ίδιο και τους άνδρες του σημαντική πείρα.
Το 1821, λίγο πριν την έκρηξη της Ελληνικής Επανάστασης, ο Ανδρούτσος άφησε την αρχηγεία των σωμάτων στον Αθανάσιο Διάκο, που ο ίδιος είχε μυήσει στη Φιλική Εταιρία και κατέφυγε στην Αράχωβα για να οργανώσει νέα επαναστατικά σώματα και να προσπαθήσει να έρθει σε συνεννόηση με τους Τουρκαλβανούς, σε μια μεγάλη Αρβανίτικη συμμαχία κατά των Τούρκων. Η προσπάθειά του αυτή απέτυχε αλλά το γεγονός ότι μίλησε με τους Αλβανούς με δική του πρωτοβουλία χωρίς την έγκριση κάποιου προεστού ή αρχής σήκωσε τις πρώτες φωνές διαμαρτυρίας εναντίον του.
Έχοντας αποτύχει να μυήσει τους Τουρκαλβανούς, συναντήθηκε στην Αγία Λαύρα με άλλους οπλαρχηγούς για να προετοιμάσουν την έναρξη της επανάστασης στη Στερεά. Εκεί, η Ανατολική Στερεά ορίστηκε χώρος δράσης του Ανδρούτσου και του Πανουργιά. Επιστρέφοντας, ο Ανδρούτσος προέβη σε μια από τις πρώτες επαναστατικές ενέργειες στην περιοχή χτυπώντας μια τουρκική χρηματαποστολή στο Γαλαξίδι στις αρχές Μαρτίου του 1821. Μετά από αυτό κάλεσε τους κατοίκους να ξεσηκωθούν.
Η πρώτη του μεγάλη επιτυχία που τον έκανε γνωστό ήταν η μάχη στο Χάνι της Γραβιάς, όπου με 100 άνδρες σταμάτησε την προέλαση 1.500 Τουρκαλβανών υπό τον Ομέρ Βρυώνη για μια μέρα, προκαλώντας τους μεγάλη φθορά ενώ οι ίδιοι είχαν ελάχιστες απώλειες και διέφυγαν μέσα στη νύχτα πριν ο Βρυώνης φέρει κανόνια για να διαλύσει το χάνι. Η μάχη του χάρισε τεράστια φήμη και τον αναβίβασε σε αρχηγό των δυνάμεων στη Βοιωτία και την ανατολική Στερεά.
H άνοδος της δημοτικότητάς του, όμως, προκαλούσε φθόνο. Την άνοιξη του 1822 ο προεστός Ιωάννης Κωλλέτης τον κατηγόρησε για συνεργασία με τον εχθρό, οδηγώντας τον Ανδρούτσο στην απόφαση να παραιτηθεί από πρωτοκαπετάνιος της Στερεάς. Ωστόσο, τον Αύγουστο η Γερουσία τον διόρισε φρούραρχο της Ακρόπολης των Αθηνών στην οποία ο Ανδρούτσος εισήλθε με τις επευφημίες του κόσμου και τα παλικάρια του, τον Ιωάννη Γκούρα, τον Μακρυγιάννη, τους Κατσικογιάννη και Μαμούρη και 300 άνδρες.
Ο Ανδρούτσος κράτησε την Αθήνα αλλά γρήγορα νέες κατηγορίες για συνεργασία και συνεννόηση με τον εχθρό από τον Κωλέττη και άλλους κοτζαμπάσηδες και οπλαρχηγούς που φθονούσαν τη δημοτικότητά του, οδήγησαν στη σύλληψή του με την κατηγορία της προδοσίας. Κούφια λόγια, φυσικά, γιατί ο πόλεμος της Επαναστάσεως δεν ήταν όπως οι Ευρωπαϊκοί. Ήταν απόλυτα εντός των ηθών της εποχής στα Βαλκάνια και στη Μέση Ανατολή να έρχονται σε συναντήσεις και συνομιλίες οι στρατιωτικοί και πολιτικοί αρχηγοί αντιμαχόμενων πλευρών, συζητώντας μικροσυμφωνίες και ανακωχές (τα λεγόμενα “καπάκια”), αν αυτό απαιτούσε η κατάσταση. Και η τήρηση των όρων θεωρείτο θέμα τιμής ακόμα και μεταξύ θανάσιμων εχθρών.
Ο Ανδρούτσος φυλακίστηκε, βασανίστηκε και τελικά θανατώθηκε με την ανοχή του πρώην συντρόφου και πρωτοπαλίκαρού του, Γιάννη Γκούρα στις 5 Ιουνίου (με το Παλιό Ημερολόγιο) 1825. Χωρίς δίκη, παρά μόνο από φθόνο και ζήλεια για τη απήχηση και την προσφορά του.