Graduada de la Universidad Northwestern y de The School at Steppenwolf, Kelly O’Sullivan comenzó su carrera de actriz en teatro antes de aparecer en pantalla por primera vez en 2011. Al siguiente año tuvo un papel destacado en la serie Battleground, pero fue hasta 2014 que tuvo el papel principal de Valentina 'Voodoo' Dunacci en la serie policiaca de comedia Sirens. Recientemente O’Sullivan ganó gran reconocimiento por su guion para Saint Frances (2019), la cual además protagoniza bajo la dirección de Alex Thompson. Saint Frances sigue la historia de Bridget, quien, después de que un embarazo accidental se convirtiera en un aborto, encuentra una amistad poco probable con la niña de seis años a la que está encargada de proteger.