Il est le fils de Bertha (née Lowenthal) et de Thomas Sidney O'Bannon, un charpentier. Durant son enfance, il était passionné de science-fiction et d'horreur. Il a fréquenté l'école d'art de l'université de Washington à Saint-Louis, où il a fait des numéros de stand-up comedy, a maquillé pour des productions théâtrales sur le campus et a fourni des illustrations pour Student Life, le journal étudiant. Pendant son séjour, il a partagé une chambre avec le futur producteur de cinéma Michael Shamberg. O'Bannon est revenu brièvement chez lui après l'université de Washington et a fréquenté le Florissant Valley Junior College où il a écrit et réalisé une courte satire de science-fiction intitulée "The Attack of the 50-foot Chicken". Dan O'Bannon a également fréquenté le MacMurray College à Jacksonville, dans l'Illinois. Au cours de cette période, il a obtenu un diplôme en psychologie, mais était plus intéressé à devenir réalisateur de films.
Il obtint une licence en cinéma de l'University of Southern California, USC, en 1970. Pendant ses études à l'USC, il vécut près du campus de Los Angeles dans une vieille maison à deux étages affectueusement appelée le « Menlo Manor » qu'il partageait avec d'autres étudiants de l'USC (comme Don Jakoby avec qui il a collaboré sur plusieurs scénarios). En tant qu'étudiant, O'Bannon passa de nombreuses nuits tardives dans le vieil Hollywood à monter ses films et ceux d'autres étudiants.
La carrière de Dan O'Bannon débute réellement lorsqu'il rencontre John Carpenter à l'USC. Il collabore avec lui sur un film étudiant qu'ils développent ensuite dans le long métrage de John Carpenter, Dark Star. Comédie de science-fiction au budget dérisoire pour laquelle O'Bannon est tour à tour coscénariste (avec Carpenter), décorateur, acteur, monteur et dont il planifie les effets spéciaux !
Son travail sur Dark Star lui vaut d'être contacté par le célèbre Alejandro Jodorowsky en 1974 pour participer à une ambitieuse adaptation cinématographique du roman culte Dune de Frank Herbert que devait produire Michel Seydoux. Ainsi Dan O'Bannon devait faire partie de l'équipe du film avec le britannique Chris Foss, le suisse Hans Ruedi Giger ou encore le français Jean Giraud, (Mœbius). Ce projet extraordinaire s'arrêtera faute de financement.
O'Bannon travail ensuite sur les effets visuels de Star Wars, épisode IV : Un nouvel espoir, de George Lucas. Selon The Guardian, « George Lucas a été suffisamment impressionné par ses graphismes animés à la main, imitant les écrans d'ordinateur, pour l'engager pour faire un travail similaire sur La Guerre des étoiles ».
Il abandonne finalement le travail technique du cinéma pour l'écriture de scénarios. Alors qu'il vit avec son ami Ronald Shusett, ils élaborent l'histoire du film Alien (1979), qui va faire sa carrière, pour lequel il écrit le scénario et supervise les visuels. C'est d'ailleurs pendant la préparation de Dune que Dan O'Bannon rencontre le génial illustrateur et sculpteur H. R. Giger qui concevra la créature du film Alien, le huitième passager.
Fort de ce succès, O'Bannon scénarise alors le film fantastique Réincarnations, (Dead & Buried ) de Gary Sherman, sorti en 1981.
La même année, O'Bannon participe à la création du long métrage d'anthologie de science-fiction animé pour adultes Métal hurlant de Gerald Potterton et produit par Ivan Reitman ,( dont le titre original est Heavy Metal aux USA qui est le titre en anglais de la revue française Métal Hurlant de Jean-Pierre Dionnet, d'ou le film est issu). Dan O'Bannon écrira deux des trois segments qui sont "Soft Landing" et "B-17".
En 1983, il participe au scénario du film d'action Blue Thunder de John Badham, (Tonnerre de Feu) avec Roy Scheider et Malcom McDowell pour acteurs principaux. Blue Thunder est célèbre pour ses scènes d'hélicoptères.
En 1984, Dan O'Bannon est consultant pour le film de science-fiction C.H.U.D de Douglas Cheek, aidant à créer le design des abominables créatures.
Avec Don Jakoby, il écrit le scénario de Lifeforce (1985), film adapté du roman de Colin Wilson "The Space Vampires" et réalisé par Tobe Hooper.
En 1985 toujours, O'Bannon fait alors ses débuts à la réalisation avec Le Retour des morts-vivants, fusionnant horreur et humour noir, qui connait un grand succès. Cette année-là, il reçoit le Inkpot Award, distinction décernée chaque année depuis 1974 par le Comic-Con International.
Dan O'Bannon a de nouveau collaboré avec Jakoby pour le remake du film L'invasion vient de Mars, (Invaders from Mars) de 1986 également réalisé par Tobe Hooper.
En 1990, il cosigne avec Ronald Shusett le scénario de l'adaptation de la nouvelle de Philip K. Dick, We Can Remember It for You Wholesale. C'était un projet sur lequel les deux travaillaient depuis leur collaboration sur Alien. Sortie sous le titre Total Recall de Paul Verhoeven, avec un casting incluant Sharon Stone et Arnold Schwarzenegger et qui connu un formidable succès au Box-office.
Le deuxième long métrage de Dan O'Bannon, The Resurrected (1991), avec l'acteur Chris Sarandon, est un film d'horreur à budget moyen sorti malheureusement en direct-to-video seulement . Adaptation du roman L'Affaire Charles Dexter Ward de Howard Phillips Lovecraft, il se concentre sur les anciens rituels d'une famille qui réveillent les morts.
En 1995, O'Bannon est crédité pour la co-écriture du film de science-fiction Screamers du canadien Christian Duguay avec Peter Weller et Jennifer Rubin adapté de l'histoire de Philip K. Dick "Second Variety", après avoir écrit la version initiale du scénario avec Michael Campus au début des années 1980.
En 1997, un scénario antérieur, intitulé Hemoglobine a également été adapté pour le long métrage canadien Bleeders de Peter Svatek et basé sur l'histoire de H. P. Lovecraft "The Fear That Lies Within."
En 2001, O'Bannon était cinéaste en résidence au Dodge College of Film and Media Arts de l'Université Chapman.
Dan O'Bannon et Ronald Shusett ont été crédité au générique du film Alien vs. Predator de 2004 suite à leur travail sur le matériau de base à partir duquel Paul W. S. Anderson a écrit son scénario.
Dan O'Bannon meurt malheureusement en 2009 des suites de la maladie de Crohn.
En 2013, le Guide de Structure de Scénario de Dan O'Bannon, co-écrit avec Matt R. Lohr fut publié par Dark Horse Comics. Alien: The Original Screenplay est une série de bandes dessinées en cinq numéros parue d'août à décembre 2020, basée sur le scénario original d'O'Bannon de 1976 pour le film Alien, le 8ème passager.
