Después de haber sido llamado de préstamo por el Real Madrid, el 20 de septiembre de 2020, Ødegaard comenzó el juego de apertura del club de la Liga 2020/21
temporada fuera de casa ante la Real Sociedad, en un empate de 0 a 0. El 25 de noviembre, hizo su debut en la Liga de Campeones con el Real Madrid en una victoria de 2-0 sobre el Inter de Milán.