Under 1970-talet blev Tatum O'Neal en stor barnstjärna, då hon bland annat tilldelades en Oscar för bästa kvinnliga biroll 1974, blott tio år gammal, för sin roll i Paper Moon (1973). Hon är därmed den hittills yngsta skådespelare som vunnit en reguljär Oscar. O'Neal spelar i Paper Moon mot sin far, skådespelaren Ryan O'Neal.
Tatum O'Neal var gift med tennisspelaren John McEnroe 1986–1994. De har tre barn tillsammans.
Tatum O’Neal skrev autobiografin A Paper Life om sin barndom och uppväxt (2005, HarperCollins).[6]