Окончил университет Южной Калифорнии по специальности «кинематография».
Начало карьеры связано с работой над фильмом «Тёмная звезда» (1974) вместе с Джоном Карпентером. 45-минутный студенческий фильм неожиданно получил прокат, хотя бюджет ленты составил всего 60 тысяч долларов. После неудачной попытки в 1976 году снять картину «Дюна» с европейским режиссёром Алехандро Ходоровским, возвращается в США и начинает работать над сценарием под названием «Star Beast», который позднее превратился в фильм «Чужой» (1979). Также работал компьютерным аниматором над фильмом Джорджа Лукаса «Звездные войны» (1977). Фильм «Вспомнить все» (1990), снятый по сценарию О’Бэннона, принесла своим создателям более 100 миллионов долларов. О’Бэннон написал рассказ «Долгое завтра (The long tomorrow)», который проиллюстрировал художник Жан Жиро, и который явился главным прообразом картины Ридли Скотта «Бегущий по лезвию бритвы» (1982).
Академия фантастических фильмов, фэнтази и фильмов ужасов США номинировала О’Бэннона на свой приз «Сатурн» за лучший сценарий к картинам «Чужой» (1979) и «Полное восстановление памяти» (1990), а также за лучшую режиссуру фильма «Возвращение живых мертвецов» (1985). А ещё раньше О’Бэннон был награждён призом «Сатурн» за лучшие спецэффекты к картине «Тёмная звезда» (1974).