Oona Chaplin s-a născut la 14 mai 1925, in Warwick Parish, Insulele Bermude. Era fiica dramaturgului britanic Eugene O'Neill si al scriitoarei Agnes Boulton. Avea un frate, Shane O'Neill.
Părinții au divorțat in 1928, când Eugene O'Neill o părăsea pe Agnes Boulton pentru actrița Carlotta Monterey.
A invățat la The Brearley School din New Tork si isi dorea să devină actriță, a avut o relație dificilă cu tatăl său.
In 1942 trebuia să se înscrie la Colegiul Vassar din Poughkeepsie, New York, dar a plecat la Hollywood, pentru a deveni actriță. L-a întâlnit pe actorul britanic Charlie Chaplin si in 1943 se căsătoreau, devenea a 4-a soție a artistului, mai tânără cu 36 de ani. Tatăl ei a rupt relațiile cu Oona după această căsătorie, pe care n-a aprobat-o. In anul următor se nastea primul copil, Geraldine. Au urmat alți 7: Michael, Josephine, Victoria, Eugene, Jane, Annette si Christopher.
In 1952, când Charlie Chaplin filma la Londra producția Limelight, Oona a apărut in câteva secvențe, la fel si copiii lor. Lui Chaplin i s-a interzis întoarcerea in Statele Unite, din cauza convingerilor comuniste si Oona l-a însoțit in Elveția. S-au stabilit la Corsier-sur-Vevey si a renunțat la cetățenia americană, a devenit cetățean elvețian.
In 1967, Oona revenea pentru prima dată in Statele Unite, pentru a-si vedea mama si fratele, in 1972 venea din nou, însoțindu-l pe soțul său la festivitățile pentru decernarea premiului Oscar.
In 1977 a decedat Charlie Chaplin. Oona a devenit dependentă de alcool, ca si tatăl ei, fratele său murise dependent de heroină.
A apărut in câteva filme documentare, ca cel danez numit Charlie Chaplin: Mennesket, klovnen og instruktřren (1967), cel britanic numit Unknown Chaplin (1983).
In 1981 a jucat singurul rol de film din viata ei, cel al mamei lui Sarah din Broken English, film regizat si scris de Michie Gleason.
Oona Chaplin a murit la 27 septembrie 1991, in Corsier-sur-Vevey, Elveția.
