Училась в Дублинской монастырской школе, а потом при Лондонском монастыре Святого Сердца Иисуса. После окончания учебы в Лондоне Морин вернулась обратно в Дублин. В кино ее пригласил режиссер Фрэнк Борзейги. Снявшись в 1930 году в его фильме «Песня моего сердца», она всерьез решила заняться актерской карьерой. Для этого Морин О’Салливан переехала жить и работать в Голливуд, где она практически сразу начала сниматься. Девушка исполнила несколько экранных ролей для фильмов студий «20th Century Fox» и «MGM», после чего на нее обратил внимание режиссер Ирвинг Талберг. Он пригласил ирландку в свою картину «Тарзан: Человек-обезьяна» на роль Джейн Паркер. Эта приключенческая киноистория и сделала О’Салливан новой звездой Голливуда. В последующие несколько лет популярность актрисы только росла. В роли Джейн Паркер она снялась еще шесть раз. Помимо участия в киноэпопее о Тарзане, Морин сыграла в таких картинах, как «Худой», «Барреты с Уимпол-стрит», «Анна Каренина», «Дэвид Копперфилд», «Дьявольская кукла, «Янки в Оксфорде», «Гордость и предубеждение».
Перерыв в своей кинокарьере Морин О’Салливан решила сделать после премьеры ленты «Приключение Тарзана в Нью-Йорке». Все свободное время актриса посвящала своему мужу, актеру и режиссеру Джону Фэрроу, и их дочери Мии. Помимо Мии, Морин подарила Джону еще шестерых детей, каждый из которых впоследствии связал свою жизнь с кинематографом.
Счастливая жена и мать Морин О’Салливан с годами все реже и реже начала появляться на экране. Миру кино она предпочла телевидение и Бродвейскую сцену. Но в конце 80-х она все же исполнила несколько крупных киноролей, сыграв Норму в «Ханне и ее сестрах», Элизабет Алворг – в «Пегги Сью вышла замуж» и Грейси Кларк – в «Изгнанниках». Звезду с ее именем на Аллее Славы в Голливуде возложили в 1990 году.
Морин О’Салливан ушла из жизни в возрасте 87 лет 23 июня 1998 года после сложной операции на сердце.
