Odile Gauthier a débuté sa carrière à la Direction Régionale de l'Industrie, de la Recherche et de l'Environnement (DRIRE) comme chef de la division Environnement et Contrôles Techniques.
Entrée au ministère de l'Environnement en 1992, elle sera sous directrice de la pollution de l'air, puis chef de service de l'Environnement Industriel. Odile Gauthier est ensuite Rapporteur à la 3ème Chambre de la Cour des Comptes, avant de rejoindre à nouveau le ministère de l'Ecologie et du Développement durable en 2004. Adjointe au Directeur des Etudes Economiques et de l'Evaluation environnementale, elle sera ensuite directrice adjointe de la Direction de la Prévention de la pollution et des risques, puis adjointe au Directeur Général de la Prévention des Risques.
Depuis février 2009, Odile Gauthier était directrice de l'eau et de la biodiversité à la Direction Générale de l'Aménagement, du Logement et de la Nature (DGALN).
