Conan O'Brien erblickt 1963 als Teil einer großen irischen Familie in der Nähe von Boston das Licht der Welt. Nach dem Highschool-Abschluss studiert der spätere Moderator an der Universität Harvard US-Literatur und Geschichte und schreibt unter anderem für das Satiremagazin "Harvard Lampoon".
Nach seinem Uni-Abschluss geht Conan O'Brien direkt nach Los Angeles, wo er zunächst als Autor für diverse eher erfolglose TV-Shows arbeitet. 1988 zieht der Komiker zurück nach New York und schreibt für die Kultshow "Saturday Night Live" als Sketchautor. Für die Arbeit bei "SNL" erhalten Conan O'Brien und die anderen Autoren 1989 einen "Emmy". Von 1991 bis 1993 findet sich im Steckbrief des Moderators eine kurze Zeit als Autor und Produzent der Zeichentrick-Serie "Die Simpsons".
1993 tritt der Komiker beim Sender NBC die Nachfolge von Late-Night-Moderator David Letterman an. Seine Show "Late Night with Conan O'Brien" läuft bis 2009 und bringt es in dieser Zeit auf 2.725 Folgen. Von 2009 bis 2010 übernimmt Conan O'Brien kurzzeitig die "Tonight Show" von Jay Leno – es kommt jedoch zu Unstimmigkeiten mit dem Sender NBC und der Moderator verlässt die Sendung nach weniger als einem Jahr. Seit 2010 ist Conan O'Brien mit der Show "Conan" beim Sender TBS zu sehen. Neben seiner Arbeit bei Late-Night-Shows übernimmt der Komiker auch die Moderation der "Emmy"-Preisverleihungen in den Jahren 2002, 2003 und 2006.
Conan O'Brien ist seit 2002 mit der Werbetexterin Elizabeth Ann Powel verheiratet. Das Paar hat zwei gemeinsame Kinder.