Une fois son diplôme de Sociologie en poche,
Odile Vuillemin préfère explorer l'humanité à travers la comédie.Elle se forme ainsi au cours Simon avant de débuter dans
Le Doux Amour Des Hommes de Jean-Paul Civeyrac en 2002.
Prête à endosser tous les rôles,
Odile Vuillemin incarne une claudette dans la comédie
Podium deux ans plus tard puis tourne sous la direction de Benoît Jacquot dans
A Tout De Suite.
En 2007,
Odile Vuillemin décroche son premier rôle important dans le téléfilm
Double Face de Philippe Lefebvre. L'année suivante on peut la voir dans
Cyprien de David Charhon puis le court-métrage de Frédéric Dubreuil,
Sit In
En 2009, la jeune actrice devient le visage de Chloé Saint-Laurent, une psychologue spécialisée en criminologie dans la série policière
Profilage.