Nascido em Lancashire, Inglaterra, Kieran O'Brien ganhou destaque como uma estrela infantil interpretando o personagem-título da série da BBC Gruey. Ele então teve mais sucesso como parte do elenco principal na série da ITV Children's Ward e também estrelou ao lado do falecido Harry Dean Stanton em The Jim Henson Hour. O'Brien continuou atuando até a idade adulta, aparecendo regularmente em dramas convencionais, mais notavelmente como filho de Robbie Coltrane no multi-vencedor do BAFTA Cracker, onde ele conheceria o diretor Michael Winterbottom pela primeira vez.
Em 1999, ele apareceu em uma cena de nudez frontal em Virtual Sexuality. Ele apareceu nu novamente na série da BBC Burn It e depois seguindo seus papéis no aclamado Band of Brothers e 24 Hour Party People estrelou em 9 Songs, um filme de Winterbottom que iria ultrapassar os limites do quão explícito um recurso mainstream poderia ser. O'Brien foi o elenco perfeito ao lado da modelo americana Margo Stilley, já que era um jovem ator confiante e bem dotado. Até o momento, ele colaborou com o diretor independente em oito longas-metragens independentes, sendo o mais recente The Look of Love.
Embora o papel de O'Brien em um filme tão polêmico e inovador pareça ser o que as pessoas sempre irão identificá-lo, ele continua a atuar, principalmente em dramas de televisão britânicos e internacionais de alto perfil.
