Джек О'Коннелл родился в Алвастоне, Дерби, Англия, в семье Элисон Дж. (Гаттеридж) и Джона Патрика О'Коннелла. Его мать - англичанка, работала в компании British Midland, а отец - ирландец (из графства Керри), работал на железной дороге в компании Bombardier. Джек учился в католической школе Святого Бенедикта, а профессиональную актерскую карьеру начал, сыграв Коннора Йейтса в эпизоде 2005 года телесериала "Врачи" (2000). Его последующие роли на телевидении включали 4 эпизода сериала "Билл" (1984), 6 эпизодов "Беглеца" (2010) и 18 эпизодов популярной подростковой драмы "Скины" (2007).
Он дебютировал в кино, сыграв Пуки Николса в фильме "Это Англия" (2006), затем снялся в фильмах "Озеро Эден" (2008), "Гарри Браун" (2009), "Рядовой мирный" (2012) и "Сомнамбулы" (2011), а затем получил признание критиков за главные роли заключенного подростка в фильме "Звездный час" (2013) и британского солдата в "Белфасте в 71-м" (2014).
О'Коннелл дебютировал в Голливуде в роли греческого солдата Калисто в боевике "300: Восхождение империи" (2014), а затем сыграл олимпийского бегуна и военнопленного времен Второй мировой войны Луиса Замперини в военной драме "Несломленный" (2014) режиссера Анджелины Джоли. Среди его предстоящих ролей - "Человек, который убил Дон Кихота" (2018) и "Денежный монстр" (2016), последний с Джорджем Клуни и Джулией Робертс.