Ahna O'Reilly asistió a la Universidad del Sur de California durante un año antes de abandonarla para enfocarse en su carrera como actriz. Debutó en la película Bill the Intern (2003) y siguió apareciendo en varias otras películas y series de televisión. En 2011, apareció en la película Historias cruzadas, basada en el best-seller del mismo nombre de Kathryn Stockett, una pieza de época ambientada en Jackson, Mississippi, en la década de 1960. O'Reilly formó parte del elenco principal de la película Jobs (2013), junto a Ashton Kutcher y Josh Gad, sobre la vida del pionero de la tecnología Steve Jobs. Además de su carrera en cine y televisión, O’Reilly se desarrolló en teatro, un ejemplo es la producción off-Broadway de Roundabout Theatre Company de The Robber Bridegroom (2016). En 2022 forma parte de la nueva película de Olivia Newman La Chica Salvaje, una película dramática de misterio basada en la novela del mismo nombre de Delia Owens.