D’origine irlandaise, formé au Samuel Beckett Center et au Trinity College à Dublin, Brian O’Byrne a commencé par faire des apparitions dans les séries. En 1994, il débute au cinéma dans le court métrage
Avenue X puis joue dans
The Last Bus Home de Johnny Gogan et
The Fifth Province de Frank Stapleton. En 2000, il tourne
Pile Poil sous la direction de Barry Levinson, puis trois épisodes de
Oz. L’année suivante, il campe un membre de la Gestapo qui mène un interrogatoire dans
The Grey Zone de Tim Blake Nelson, puis tourne
Disco Pigs de Kirsten Sheridan,
Bandits de Barry Levinson, avec Bruce Willis, Billy Bob Thornton et Cate Blanchett,
The Mapmaker de Johnny Gogan
Intermission de John Crowley,
Easy de Jane Weinstock.
En 2004, il est l’interprète du père Horvak dans
Million Dollar Baby de et avec Clint Eastwood, puis tourne un épisode de
New York unité spéciale. Il a joué plus récemment dans Le Nouveau Monde de Terrence Malick, avec Colin Farrell, Christopher Plummer et Christian Bale. Il sera prochainement à l’affiche de 7h58 Ce Samedi-là de Sidney Lumet et tiendra le rôle-titre de la série «Alexander Hamilton».
Côté théâtre, Brian O’Byrne a remporté le Tony Award 2004 du meilleur comédien pour sa prestation dans «Frozen» à Broadway. Il avait déjà été nommé à ce prix en 1999 pour «The Lonesome West» et en 1998 pour «The Beauty Queen of Leenane», et a été à nouveau cité en 2005 pour «Doubt» de John Patrick Shanley.
En 2007, il est à l'affiche du film L'Enquête - The International. 
