Впервые появился на генеральном плане развития Самары 1853 года как северная граница Острожной площади (позднее Ильинской, в советское время – Красноармейской).
К 1937 году адрес по Одесскому переулку имели 14 домов (№№ 2-28). Что любопытно, такое количество домов сохранялось на протяжении всего советского периода. Квартал по улице Одесской между улицами Арцыбушевской и Буянова уже тогда привлекал куйбышевских градостроителей. Так, в 1968 году здесь планировали построить кинотеатр на 1500 мест, но в 1980 году это решение было отменено. Квартал отдали институту «Гипровостокнефть» под проектирование инженерно-лабораторного корпуса. Который, впрочем, тоже не был построен.
Снос исторической застройки Одесского переулка начался в 1990-х годах на участке между улицей Братьев Коростелевых и Арцыбушевской. В 2017 году был разрушен богато декорированный полукаменный дом мещанина Ивана Быкова, на месте которого возвели ЖК “Феникс” (Одесский переулок, 20).