O'Day consiguió sus primeros papeles en el cine en los años 1920, cuando era aún una adolescente.
Su primer papel protagonista llegó en 1932 cuando rodó Rackety Rax, trabajando junto a Victor McLaglen y Greta Nissen.
Desde 1933 a 1940 trabajaría en 19 películas, y solo unas pocas de ellas pertenecían al género western.
En 1942 fue la heroína de varios episodios de tipo cliffhanger del serial Perils of the Royal Mounted, y en 1943, contratada por Republic Pictures, empezó a protagonizar el serial Three Mesquiteers, en el que trabajó junto a Bob Steele, Tom Tyler y Jimmie Dodd.
Su última actuación protagonista llegó en 1943 con el film Boss of the Rawhide, junto a Dave O'Brien.