Det var jockey Ryan Moores andra seger i loppet, efter att ha ridit O'Briens tidigare vinnare Gleneagles, 2015.
Barney Roy (7-2) var tvåa framför tredje-favorit Al Wukair (11-2) i den första Classic av 2017 Flat säsongen.
Frankels avkomma Dream Castle och Colts Eminent var femte respektive sjätte på mils avstånd.
De 1.000 guineas, för filéer, äger rum på Newmarket på söndag kl 15:35 BST.
Churchill, förra säsongens mästare två år gammal, satt trea på halva scenen och lyckades få den första körningen på sina viktigaste rivaler som han vann med en längd från Barney Roy.
Moore sa att Churchill, som gjorde sin treåriga debut på Newmarket, hade "allt du vill ha i en tävlingshäst".
"Han har ett magnifikt sinne, han reser, har hastighet och massor av klass," Moore berättade ITV Racing. "Han tävlade alltid bekvämt - han var där lite tidigt.
"Han känner alltid att det finns mer när man frågar honom."
O'Brien tillade: " Jag var mycket orolig för att det skulle bli hans första lopp. Han är en stor häst och vi visste att han skulle komma på flykt. Ryan skjutsade honom.
"Alla hemma var mycket nöjda med hästen och därför tog vi chansen att komma första gången, så jag är glad."
BBC tävlingskorrespondent Cornelius Lysaght
Är jag den enda som känner en lätt känsla av anti-climax?
Aidan O'Briens senaste rekordstorhet är ett bevis på hans produktiva skicklighet och briljans, resten av Coolmore-laget och, naturligtvis, på champion hingsten Galileo, Churchills far.
Men som en tävling, jag är inte säker. Det var knappast den potentiellt episka nedräkningen; tiden var inte stor, och de första sju slutade inom ungefär tre längder.
Churchill var bra snarare än gnistrande, även om det var hans första körning för säsongen. Ett ord för Barney Roy som snubblade i ett avgörande ögonblick sent.
Churchill, 6-4-favoriten, vann 2000 guineas på Newmarket för att ge Aidan O'Brien en rekordstor åttonde seger i Classic.