Ryan O’Neal werd geboren op 20 april 1941 als de zoon van scriptschrijver Charles O’Neal en actrice Patricia Callaghan O’Neal.
Hoewel hij in Californië geboren werd, bracht hij veel tijd van zijn jeugd door in het buitenland.
Zijn opstandige karakter zorgde ervoor dat hij als tiener zelfs voor 51 dagen in de gevangenis belandde nadat hij werd veroordeeld voor openelijke geweldpleging tijdens een nieuwjaarsfeest. Voordat hij acteur werd was hij een lifeguard en een niet onverdienstelijke amateur bokser.

In de film- en televisiewereld begon het voor hem als stuntman voor Tales of the Vikings, een Duitse televisieserie, mede mogelijk daar zijn beide ouders voor die show werkten.
Bij zijn terugkeer naar de VS speelde O’Neal vooral kleine rollen in televisieshows. Zijn eerste echte rol voor dit medium kreeg hij in Western Empire (1962), gevolgd door Peyton Place.

Zijn eerste filmrol was in The Big Bounce (1969), hoewel dit geen doorbraak betekende. Die zou hij namelijk pas krijgen met zijn rol als Oliver Barrett tegenover Ally McGraw in Arthur Hiller’s adaptatie van Erich Seagal’s best-seller Love Story (1970). De film was een smash hit en zorgde voor O’Neal voor een Oscar nominatie. Twee hoofdrollen volgden, maar deze hadden niet hetzelfde effect. Dat hij niet de boeken in zou gaan als eendagsvlieg kwam door zijn rol van nerveuze professor die zichzelf belaagd ziet door Barbra Streisand in Peter Bogdanovich’s What’s Up Doc? (1972), waarmee bewezen werd dat hij zeer geschikt was voor luchtige romantische films. Ook in Paper Moon, de film die hij vervolgens speelde naast zijn eigen dochter tatum - die voor haar vertolking een Oscar ontving - betekende een succes. Aan het einde van de jaren ’70 kwam er echter een verval in de carrière van O’Neal late ’70s, wat inhield dat hij in kleine rollen ging spelen en een poging deed eerder successen te kopiëren in vervolgen op die films. In de jaren ’80 ging het mogelijk nog slechter met hem hoewel hij geregeld te zien was. In 1989, speelde hij nog een rol naast zijn toenmalige vriendin en actrice Farrah Fawcett met wie hij een zoon heeft. Voor deze relatie was hij twee maal getrouwd: eerst met actrice Joanna Moore later met Leigh Taylor-Young, eveneens een actrice. Zijn kinderen uit die huwelijken, Tatum en Griffin O’Neal, zijn beide ook de weg van hun ouders gevolgd net als Ryan’s broer Kevin O’Neal.