ილია ოდიშელიძე 1865 წელს დაიბადა. დაამთავრა თბილისის კადეტთა კორპუსი და სწავლა მოსკოვის ალექსანდრეს სახელობის ქვეითთა სამხედრო სასწავლებელში განაგრძო, რომელიც პირველი თანრიგით დაასრულა. 1888 წელს პოდპორუჩიკის (უმცროსი ლეიტენანტის) წოდება მიიღო და სამხედრო სამსახური 39-ე საარტილერიო ბრიგადაში დაიწყო. 1891 წელს პორუჩიკის (ლეიტენანტის) წოდება მიიღო. 1891-1894 წლებში ოდიშელიძე რუსეთის გენერალური შტაბის აკადემიაში სწავლობდა, რომელიც პირველი თანრიგით დაასრულა. 1894 წელს მან შტაბს-კაპიტნის, ხოლო 1896 წელს, კაპიტნის წოდება მიიღო. 1900 წელს იგი პოდპოლკოვნიკი გახდა, ხოლო 1904, წელს პოლკოვნიკის წოდება მიიღო. 

ილია ოდიშელიძე რუსეთ-იაპონიის 1904-1905 წლების ომში იბრძოდა, სადაც დივიზიის შტაბს ხელმძღვანელობდა. 1906-1907 წლებში, აღმოსავლეთ ციმბირის მე-3 და შემდგომ, მე-11 პოლკს მეთაურობდა. 1909-1911 წლებში იყო თურქესტანის სამხედრო ოლქის სარდლის დავალებათა გენერალი. 1910 წელს მიენიჭა გენერალ-მაიორის წოდება. 1911-1914 წლებში იყო სამარყანდის ოლქის სამხედრო გუბერნატორი ხოლო 1914 წელს, თურქესტანის სამხედრო ოლქის შტაბის უფროსი. 1914 წელს მიენიჭა გენერალ-ლეიტენანტის წოდება. პირველი მსოფლიო ომის მონაწილე. 1914 წელს ჩრდილო-დასავლეთ ფრონტის მე-10 არმიის შტაბის უფროსი. 1914-დან 1917 წლამდე პირველი არმიის შტაბის უფროსი. 1917 წელს მეთაურობდა მე-15 საარმიო კორპუსს. ამავე წელს, მცირე ხნით, მეთაურობდა პირველ და მესამე არმიებს. 1917 წლის ოქტომბერში დაინიშნა კავკასიის არმიის მთავარსარდლად. მონაწილეობდა კავკასიის ფრონტზე ნაციონალური კორპუსების ჩამოყალიბებაში.

რუსულ არმიაში სამსახურის დროს მან ჯილდოდ მიიღო: წმინდა გიორგის მეოთხე ხარისხის ორდენი და წმინდა გიორგის ხმალი; წმინდა ვლადიმირის მეორე ხარისხის ორდენი; ხმლით შემკული წმინდა ვლადიმირის მესამე ხარისხის ორდენი; ხმლითა და ბაფთით შემკული წმინდა ვლადიმირის მეოთხე ხარისხის ორდენი; წმინდა ანას პირველი ხარისხის ორდენი; ხმლით შემკული წმინდა ანას მეორე ხარისხის ორდენი, ხმლითა და ბაფთით შემკული წმინდა ანას მესამე ხარისხის ორდენი; წმინდა სტანისლავის პირველი ხარისხის ორდენი; წმინდა სტანისტლავის მესამე ხარისხის ორდენი; თეთრი არწივის ორდენი და ოქროს იარაღი.

1918-1921 წლებში გენერალი ოდიშელიძე საქართველოს შეიარაღებულ ძალებში მსახურობდა. მონაწილეობას იღებდა შეიარაღებული ძალების ჩამოყალიბების შესახებ არსებულ დისკუსიებში. მთავრობას, ქვეყნის თავდაცვის და უსაფრთხოების საკითხებზე, რამდენჯერმე წარუდგინა საგულისხმო მოხსენებები. 1920 წლიდან იყო სამხედრო მინისტრის მოადგილე, სამხედრო საბჭოს წევრი. ამავე წელს, პარიზის საზავო კონფერენციაზე, ქართული დელეგაციის ფარგლებში, სამხედრო ექსპერტად გაიგზავნა. მუშაობდა იარაღის შესყიდვის საკითხებზე. 1920 წლის დეკემბერში გენერალი ოდიშელიძე შეიარაღებული ძალების მთავარსარდლად დაინიშნა. რუსეთ-საქართველოს 1921 წლის ომის მიმდინარეობისას, 16 თებერვალს, გენერალი ილია ოდიშელიძე თანამდებობიდან გაათავისუფლეს და მის ნაცვლად, მთავარსარდლად, გენერალი გიორგი კვინიტაძე დანიშნეს.

მთავარსარდლობიდან გათავისუფლების შემდეგ, გენერალი ოდიშელიძე მთავრობის თავმჯდომარის სამხედრო მრჩევლად დაინიშნა. იგი გენერალ კვინიტაძეს შეეწინააღმდეგა, როდესაც მან, 24 თებერვლის საღამოს, ფრონტის ხაზის მცხეთასთან გადატანა გადაწყვიტა. ის თვლიდა, რომ დედაქალაქის დატოვება ჯარის მორალურ სულისკვეთებას ძირს დასცემდა.

საბჭოთა რუსეთის მიერ საქართველოს დაპყრობის შემდეგ გენერალი ოდიშელიძე  ემიგრაციაში წავიდა. ცხოვრობდა კონსტანტინოპოლში.