Su verdadero nombre era Louis O'Brien, y nació en Boulder, Colorado.

Aunque estudió medicina en la Universidad de Colorado en Boulder y se dedicó a la ingeniería civil siguiendo los deseos de su familia, O'Brien realmente deseaba ser actor.

La primera película de O'Brien, producida por Essanay Studios, fue The Lieutenant Governor, y en ella tenía el papel protagonista.

Eugene O’Brien se retiró del cine con la llegada del cine sonoro, rodando su última película, Faithless Lover, en 1928, a los 47 años de edad.

El actor falleció en 1966 en Los Ángeles, California, a causa de una neumonía.