Jack O'Connell urodził się w Alvaston, Derby, Anglia, jako syn Alison J. (Gutteridge) i Johna Patricka O'Connell. Jego matka jest Angielką i pracowała w British Midland, a ojciec był Irlandczykiem (pochodził z hrabstwa Kerry) i pracował na kolei dla Bombardiera. Jack uczęszczał do katolickiej szkoły Saint Benedict i zaczął profesjonalnie grać Connora Yatesa w odcinku serialu telewizyjnego Doctors (2000) z 2005 roku. Jego późniejsze role telewizyjne obejmowały 4 odcinki serialu The Bill (1984), 6 odcinków serialu The Runaway (2010) i 18 odcinków popularnego serialu dla nastolatków Skins (2007).
W filmie zadebiutował rolą Pukey'a Nichollsa w filmie This Is England (2006), później zagrał w Eden Lake (2008), Harry Brown (2009), Private Peaceful (2012) i The Somnambulists (2011), a następnie otrzymał uznanie krytyków za główne role więzionego nastolatka w Starred Up (2013) i brytyjskiego żołnierza w Belfast in '71 (2014).
O'Connell zadebiutował w Hollywood jako grecki żołnierz Calisto w opartym na powieści graficznej wojennym filmie akcji 300: Rise of an Empire (2014), a następnie zagrał olimpijskiego biegacza i jeńca wojennego Louisa Zamperiniego w wyreżyserowanym przez Angelinę Jolie dramacie wojennym Unbroken (2014).
