Agli inizi della carriera interpretò ruoli tormentati, fra cui quello del tossicodipendente nel film Reefer Madness (1936).[1][3] In quello stesso anno sposò l'attrice Dorothy Short, dalla quale ebbe due figlie, e dalla quale divorziò nel 1954.[4]
Durante gli anni quaranta ottenne una grande successo interpretando numerosi film western, realizzati da case di produzione minori.[2][4] Per le sue frequenti apparizioni accanto a Tex Ritter, apparve spesso nei titoli di testa con il nome di Tex O'Brien.[2]
Dal 1946 lavorò spesso per la televisione,[2] diventando molto popolare tra i bambini per il suo ruolo di pasticcione,[1] e si dedicò alla scrittura di commedie, distinguendosi per la sua inventiva.[1][4]
Dave O'Brien morì improvvisamente per un attacco cardiaco l'8 novembre 1969, all'età di 57 anni.[1][4]
