Она родилась в кинематографической семье – актера Райана О’Нила и актрисы Джоанны Мур. Ее брат, Гриффин, родился в 1964 году, а в 1967 их родители развелись.
В 1974 году десятилетняя Татум О’Нил стала самой юной обладательницей «Оскара» за всю историю этой награды.