Nata a Shreveport in Louisiana, la O'Neil inizia la sua carriera come modella prima di diventare attrice. Fa le sue prime apparizioni in pubblicità televisive, prima di entrare a far parte del cast di popolari serie televisive. Nel 1971 riceve il premio Theatre World Award per la sua partecipazione al musical Two by Two con Danny Kaye.
Compare in svariate serie televisie, apparizioni che includono, tra le altre, le serie: Colombo nell'episodio Un delitto pilotato (1978); Cuore e batticuore (1979); come stuntwoman in un episodio della prima stagione di Professione pericolo (1981); Mai dire sì (Remington Steele, 1982). Nel 1983 ottiene la parte della dottoressa Maggie "Mo" Sullivan nell'episodio Giornata infernale a Bad Rock, nella prima stagione della serie A-Team della NBC, ed è tra i pochi interpreti che ritornarono come ospiti in un episodio successivo, Manovre letali (1983). Appare poi nel ruolo di un'aggressiva giornalista nell'episodio Catch Of The Day della seconda stagione di Riptide (1984) e nel ruolo della proprietaria di un Wild West Rodeo Show itinerante nell'episodio della terza stagione di Airwolf, Annie Oakley (1985). Partecipa all'episodio pilota de La signora in giallo, Chi ha ucciso Sherlock Holmes? (1984), e appare successivamente in altri quattro episodi della serie.
Sempre nell'ambito della fiction televisiva di fantascienza, Tricia O'Neil appare inoltre come Presidente dell'Alleanza Terrestre nel film per la televisisione Babylon 5: In the Beginning (1998).