Eileen O’Neill est née le 3 juillet 1939 à Philadelphie, Pennsylvanie, de Harry, un conducteur de bus et Mary O’Neill. Adolescente, elle suivit les cours de la Philadelphia School of Modelling and Charm et commença à apparaître dans les concours locaux de beauté, qui l’amenèrent à faire de la figuration dans l’émission télévisée The Joe Pyne Show. Elle quitta le programme pour tenter sa chance à Hollywood. Après avoir décroché, dès sa première semaine à Hollywood, du travail pour un spot commercial, elle ne devait plus jamais retourné chez elle.
Elle fit ses débuts dans un petit rôle dans A Majority of One (1960), avec en vedette Rosalind Russell. Elle interpréta ensuite une hautaine vamp adolescente dans le film sur le rock and roll, Teenage Millionaire (1961) avec Jimmy Clanton et Diane Jergens. Mais le rôle qui la fit sortir de l’anonymat fut celui du Sergent Gloria Ames dans la série télévisée L’Homme à la Rolls, avec Gene Barry, série qui commença à être tournée en 1963 pour deux années.
Eileen O’Neill, de nouveau blonde, interpréta en guest star le rôle de l’agent Shirley, aux côtés de Murray Matheson dans l’épisode intitulé “Smart, the Assassin” de la série Max La Menace (1966). Elle était auparavant apparue dans un épisode de Ma Sorcière Bien Aimée, intitulé “… And Then I Wrote”. Après L’Homme à la Rolls, elle devait poursuivre ses apparitions en guest stars dans de nombreuses autres série télévisées comme : The Beverly Hillbillies, The Rogues, Mon Martien Favori, Les Monstres, Batman ou Jennie de mes Rêves. En 1967, elle devait apparaître, dans ce qui sera sa dernière prestation télévisuelle, dans le rôle d’un sergent des Women Army Corps dans l’épisode intitulé, “San Juan Hill” de la série The Second Hundred Years.
Sur le grand écran, après Teenage Millionaire, Eileen O’Neill apparut dans Quatre du Texas (1963), aux côtés de Frank Sinatra et Dean Martin, puis dans Embrasse-moi, Idiot (1964) de nouveau avec Dean Martin. Elle ne devait pas retourner sur le grand écran avant 1968 pour tourner, ce qui fut manifestement son rôle le plus notable au cinéma, à savoir celui d’Erica dans A Man Called Dagger. Son film suivant, Loving (1970), devait s’avérer être son dernier rôle, tous média confondus.
Elle continuera quelques temps à faire du commercial pour notamment des étagères murales ou des perruques avant de déménager en 1973 à Beverly Hills où elle fit la connaissance de l’avocat des promoteurs immobiliers, Richard John Barich qu’elle épousa quelques temps après. De 16 ans son aîné, ce dernier devait décéder le 24 juin 1997. Auparavant, le 29 septembre 1961, elle s’était mariée au producteur-réalisateur William D. Holmes, duquel elle se séparait 18 mois plus tard, au printemps 1963, avant de divorcer en 1964.
Eileen O’Neill est une coureuse sur route qui en 1999 participa au marathon de Los Angeles.
Sa contribution au western se résume à Quatre du Texas de Robert Aldrich (1963) et à un épisode de la série Guestward Ho! intitulé “Hawkeye’s Stadium” dans lequel elle incarnait le personnage de Blue Waters.
