Oona O'Neil nasceu em Warwick Parish, Bermudas, filha do famoso dramaturgo americano Eugene O'Neill e da socialite inglesa Agnes Boulton. Oona teve uma infância bastante feliz, embora raramente visse seu pai ocupado. Durante sua adolescência, Oona frequentou um internato em Nova York, onde conheceu Gloria Vanderbilt e Carol Marcus, e em 1941 Oona foi nomeada uma das debutantes mais procuradas da temporada social. Oona sentiu que era natural que ela se tornasse atriz, já que ela era filha de um dramaturgo e neta de James O'Neill, um notável ator de teatro no final do século XIX.
Oona viajou para Hollywood em 1942, onde conheceu a lenda do cinema mudo Charles Chaplin na casa de seu agente. Chaplin começou a cortejar Oona depois que ela fez um teste para um filme que ele estava dirigindo, e os dois se casaram em 1943. Ele tinha 54 anos; ela tinha apenas 18 anos. Oona descartou os planos de se tornar atriz, optando por criar uma família de oito filhos com Charlie. Embora Oona estivesse contente com sua vida, ela estava profundamente preocupada com o relacionamento fracassado com seu pai, que a deserdou e cortou a comunicação com Oona quando ela se casou com Chaplin.
Durante o auge do macarthismo em 1952, Chaplin viajou para a Inglaterra para promover um filme. No caminho, Chaplin soube que não teria permissão para retornar aos EUA a menos que se submetesse a perguntas sobre sua moralidade. Recusando-se a fazê-lo, ele e sua família acabaram em Vevey, na Suíça.
Oona passou o resto de sua vida em Vevey, deixando apenas algumas vezes depois que Charlie morreu em 1977 aos 88 anos. (Oona tinha apenas 51 anos.) Oona desenvolveu alguns relacionamentos próximos com ícones de Hollywood, como o ator Ryan O'Neal, mas ela nunca mais se casou. Ela morreu em Vevey de câncer no pâncreas em 27 de setembro de 1991.
