Frances O'Connor, 12 Haziran 1967 tarihinde Wantage, Oxfordshire, İngiltere'de dünyaya gelmiştir. Nükleer fizikçi bir baba ve piyanist bir annenin kızı olan O'Connor, henüz iki yaşındayken ailesiyle birlikte Perth, Avustralya'ya taşındı. Çocukluk ve gençlik yıllarını burada geçiren oyuncu, Curtin Üniversitesi'nde edebiyat eğitimi aldıktan sonra Batı Avustralya Sahne Sanatları Akademisi'nden (WAAPA) mezun olarak profesyonel oyunculuk kariyerine adım attı. Kariyerine Avustralya televizyon dizilerinde ve sinemasında başlayan O'Connor, ilk ciddi çıkışını kült üniversite komedisi "Love and Other Catastrophes" (1996) ile yaptı. Ancak yeteneğinin eleştirmenlerce tam anlamıyla tescillendiği yapım, ona En İyi Kadın Oyuncu dalında ödüller ve adaylıklar getiren gerilim filmi "Kiss or Kill" (1997) oldu. Bu başarı, onun Hollywood ve İngiliz sinemasına geçiş yapmasını sağladı. Uluslararası alandaki ilk büyük ses getiren rolü, Jane Austen uyarlaması "Mansfield Park"taki (1999) Fanny Price karakteriydi. 2000'li yılların başında kariyerinin zirvesine doğru tırmanan O'Connor, Brendan Fraser ile başrolü paylaştığı komedi filmi "Şaşkın" (Bedazzled) (2000) ile geniş kitlelere ulaştı. Ancak filmografisindeki en prestijli işlerden biri, efsanevi yönetmen Steven Spielberg'ün yönettiği bilimkurgu draması "Yapay Zeka" (A.I. Artificial Intelligence) (2001) oldu. Bu filmde, robot bir çocuğu evlat edinen Monica Swinton rolüyle duygusal derinliği yüksek bir performans sergiledi. Dönem filmlerindeki başarısını Oscar Wilde uyarlaması "The Importance of Being Earnest" (2002) ile sürdürdü. Televizyon dünyasında da etkileyici işlere imza atan oyuncu, "Cashmere Mafia" (2008) ve "Mr Selfridge" (2013-2014) gibi dizilerde yer aldı. Özellikle BBC yapımı antoloji dizisi "The Missing"in (2014) ilk sezonunda, kayıp çocuğunu arayan çaresiz bir anneyi canlandırdığı performansıyla Altın Küre'ye aday gösterildi. Korku sineması severler ise onu, James Wan'ın yönettiği gişe rekortmeni "Korku Seansı 2" (The Conjuring 2) (2016) filmindeki Peggy Hodgson rolüyle tanıdı. Oyunculuğunun yanı sıra yönetmenlik koltuğuna da oturan Frances O'Connor, senaryosunu kendi yazdığı ve ilk yönetmenlik denemesi olan "Emily" (2022) filmi ile Emily Brontë'nin hayatını beyazperdeye taşıyarak çok yönlü bir sanatçı olduğunu kanıtladı.