O'Brienas užaugo netoliese esančiame Royton mieste ir įgijo išsilavinimą Bishop Henshaw Romos katalikų memorialinėje mokykloje Rochdale mieste. Jis pradėjo vaidinti anksti, o sulaukęs 15 metų buvo BBC televizijos serialo „Gruey“ žvaigždė. Tuo metu jis taip pat vaidino keliuose kituose serialuose, atlikdamas vienkartinius ar pasikartojančius vaidmenis. 1993 m. jis suvaidino Craigo Lee vaidmenį film... Daugiau e Coronation Street, o vėliau – Lee Jonesą filme „Vaikų palata“. 1993 m. jis taip pat tapo nuolatiniu detektyvinio serialo „Cracker“ nariu, vaidindamas Marką, pagrindinio veikėjo Robbie Coltrane'o sūnų. 1999 m. jis debiutavo kine su filmu „Virtualus seksualumas“, o 2002 m. pradėjo susitikimą su „Cracker“ režisieriumi Michaelu Winterbottomu „24 Hour Party People“, o 2004 m. – dėl prieštaringai vertinamų „9 dainų“, kuriose buvo tikro lytinio akto tarp O'. Brienas ir jo vedėja Margo Stilley. Dėl savo vaidmens jis buvo pripažintas vieninteliu britų aktoriumi, kuriam buvo parodyta ejakuliacija pagrindiniame JK filme. Nuo 9 dainų O'Brienas sukūrė dar du filmus su Winterbottom; Gaidžio ir jaučio istorija ir Meilės žvilgsnis. Naujausi televizijos vaidmenys yra Holby Blue ir Sindikatas.