ב-26 באפריל 1993 נבחר או'בריאן להחליף את דייוויד לטרמן בתוכנית הלייט נייט של NBC. מפיק התוכנית בשנים 1993–2009 היה לורן מייקלס. התוכנית אשר שודרה לראשונה ב-13 בספטמבר 1993. כמו רוב תוכניות הלייט נייט האמריקניות, כוללת התוכנית מונולוג פתיחה, 2-3 אורחים ומספר מערכונים. בשנתיים הראשונות הרייטינג של התוכנית דשדש וכן היא ספגה ביקורות שליליות. למעשה, התוכנית עמדה על סף ביטול אך בהיעדר אלטרנטיבה הותר לה להמשיך להתקיים.
בהמשך המגמה השתנתה, התוכנית הייתה מועמדת מספר פעמים ברציפות לפרס אמי בקטגוריית תוכניות אירוח. בתקופה זו הרייטינג של התוכנית עלה והיא שלטה ברצועת זמן השידור שבה שודרה. החל משנת 1996, או'בריאן וצוות הכותבים של התוכנית היו מועמדים מדי שנה לפרס אמי בקטגוריית הכתיבה הטובה ביותר לסדרה קומית, וזכו לבסוף בפרס בפעם הראשונה והיחידה בשנת 2007. בשנים 1997, 2000, 2002, 2003, 2004, או'בריאן וצוות ה"לייט נייט" זכו בפרס איגוד התסריטאים על הכתיבה הטובה ביותר בסדרה קומית.
במהלך שנותיה הציגה התוכנית שורה של דמויות מטורפות כגון: טריומף, כלב העלבונות הקומי, הדוב המאונן, סופלקס השואל שאלות, מר פק-מן הבולימי, פאביו הסיני ועוד. אנדי ריכטר שימש כעוזר המנחה בשנים הראשונות (1993–2000), ואת התוכנית ליווה המתופף מקס ויינברג עם להקתו, "שביעיית מקס ויינברג", וכמעט בכל תוכנית ניהל או'בריאן דיאלוג הומוריסטי עם ויינברג.
בשנת 2001 ייסד או'בריאן את חברת ההפקות שלו, "Conaco".
בשנת 2008 גילם מנחה תוכנית אירוח בסרט הקומי "באק האוורד הגדול" בכיכובם של טום הנקס וג'ון מלקוביץ'.
ב-20 בפברואר 2009 שידרה רשת NBC את הפרק ה-2725 והאחרון של התוכנית "לייט נייט עם קונאן או'בריאן". בסוף הפרק או'בריאן השמיד בשידור חי את התפאורה של התוכנית באמצעות גרזן, כאשר את חלק מהחתיכות העניק לקהל הצופים באולפן, וכמו כן הודה לרשימת האנשים שסייעו לו להגיע לנקודה זו בקריירה שלו.
טונייט שואו (2009–2010).
במהלך ספטמבר 2004 הודיע מנחה תוכנית ה"טונייט שואו" ג'יי לנו כי בכוונתו לפרוש מהתוכנית במהלך שנת 2009. בשנת 2004 החל או'בריאן לנהל משא ומתן על חוזה חדש עם רשת NBC. במסגרת העסקה, או'בריאן היה צפוי להפוך למנחה של תוכנית ה"טונייט שואו" (אשר באותה העת הונחתה על ידי ג'יי לנו) במהלך שנת 2009. או'בריאן היה אחד מהאורחים בפרק האחרון של תוכנית ה"טונייט שואו" תחת הנחייתו של ג'יי לנו.
תוכנית ה"טונייט שואו" בהנחייתו של או'בריאן שודרה לראשונה ב-1 ביוני 2009 כאשר את הנחיית תוכנית ה"לייט נייט" של NBC תפס ג'ימי פאלון, כוכב "סאטרדיי נייט לייב" לשעבר.
במהלך הקלטה של התוכנית ב-25 בספטמבר 2009, או'בריאן סבל מזעזוע מוח לאחר שהוא החליק בטעות על שלולית מים וראשו נחבט ברצפה. או'בריאן נאלץ להפסיק את הקלטת התוכנית על מנת לקבל טיפול רפואי, ובאותו הלילה שודר שידור חוזר של הפרק הקודם, אך או'בראיין חזר להופיע ביום שני שלאחר מכן והתבדח על התקרית.
הפרישה מהטונייט שואו.
ב-7 בינואר 2010 נערכה פגישה בין מנכ"ל רשת NBC ג'ף צוקר עם ג'יי לנו וקונאן או'בריאן בה דנו השלושה כיצד יצליחו להעביר את לנו ממשבצת הפריים טיים, שבה נחלה כישלון צורב והורידה את הרייטינג של כל התוכניות שאחריה (בהן תוכניתו של או'בריאן), ובחזרה למשבצת תוכניות הלילה. ההצעה שהועלתה מצד NBC הייתה שאו'בריאן ישאר המנחה של הטונייט שואו, אשר תשודר החל מהשעה 0:05 בלילה בעוד שג'יי לנו ינחה תוכנית לילה באורך 30 דקות שתתחיל בשעה 11:35 (שעת השידור הקבועה של ה"טונייט שואו" מאז הווסדה). ב-10 בינואר רשת NBC הצהירה באופן רשמי כי ב-12 בפברואר 2010 התוכנית של ג'יי לנו תעבור לשעה 11:35.
ב-12 בינואר או'בריאן פרסם את ההצהרה הבאה: "אני מאמין במידה רבה כי העברת תוכנית הטונייט שואו ליום המחרת במטרה לשדר תוכנית קומית אחרת לפניה תפגע קשות במה שאני מחשיב בתור הזיכיון הגדול ביותר בהיסטוריה של השידור. תוכנית הטונייט שואו ב-12:05 פשוט לא תהיה הטונייט שואו". ב-21 בינואר 2010, הוכרז כי קונאן הגיע להסכם עם רשת NBC אשר לפיו הוא יפרוש מהנחיית הטונייט שואו. במסגרת העסקה קונאן קיבל 45 מיליון דולרים פיצויים, מתוכם 12 מיליון דולרים הועברו לצוות ההפקה של או'בריאן, אשר במקור נאלץ לעבור יחד עם קונאן ללוס אנג'לס מניו יורק כאשר החל להנחות את הטונייט שואו.
העזיבה של או'בריאן לוותה בהפגנות תמיכה רבות בכל רחבי ארצות הברית למען קונאן ובגנות NBC וג'יי לנו.
תוכנית הטונייט שואו האחרונה בהנחייתו של או'בריאן שודרה ב-22 בינואר 2010, כשבעה חודשים בלבד לאחר התוכנית הראשונה.
בעקבות כך ג'יי לנו חזר להנחות את הטונייט שואו לאחר מכן. במסגרת העסקה שהושגה מול NBC הותר לקונאן להתחיל לעבוד עבור רשת אחרת החל מספטמבר 2010.
לאחר הטונייט שואו.
חודש לאחר שעזב את הטונייט שואו, ב-24 בפברואר 2010, החל או'בריאן לזכות בפופולריות ותשומת לב מחודשת בתקשורת כאשר פתח חשבון בטוויטר והחל להפיץ דרכו באופן תדיר הודעות ולרוב בדיחות. לאחר כשעה בלבד ממועד הפתיחה של החשבון, רשימת העוקבים של חשבון הטוויטר של או'בריאן זינק ל-30,000 חברים ו-30 דקות לאחר מכן, היא הייתה על סף 50,000 משתמשים (מעל ל-20,000 מחשבון הטוויטר של ג'יי לנו). 24 שעות לאחר מכן, רשימת העוקבים של חשבון הטוויטר של או'בריאן כללה 300,000 משתמשים. בסוף מאי 2010, היו מעל 1,000,000 עוקבים לחשבון הטוויטר של או'בריאן, ונכון לאוגוסט 2017 יש לחשבון מעל 25,000,000 עוקבים.
במהלך שנת 2010 או'בריאן נכלל ברשימת ה-"Time 100" של הטיים מגזין המכילה את 100 האנשים המשפיעים ביותר בעולם בהתבסס על בחירות הקוראים.
מאחר שנאסר על או'בריאן במסגרת ההסכם עם רשת NBC לקיים הופעות טלוויזיוניות מכל סוג שהוא עד מאי 2010, או'בריאן החליט לשבור שתיקה ארוכה כאשר התראיין לתוכנית 60 דקות בה התבטא לראשונה אודות הסכסוך שלו עם NBC סביב משבצת הטונייט שואו. במהלך הריאיון עם סטיב קרופט, או'בריאן ציין שהמצב הרגיש כמו "נישואים שנגמרו בפתאומיות, באלימות, ובמהירות. ואני רק מנסה להבין מה קרה". הוא ציין גם כי הוא בהחלט ציפה שרשת NBC תאפשר לו להוכיח את עצמו במשך זמן רב יותר, וכי לדעתו ג'יי לנו רצה את תוכנית הטונייט שואו חזרה וכי הוא עצמו היה נוהג אחרת במצב דומה. עם זאת, או'בריאן ציין שהוא לא הרגיש שפגעו במעמדו. במהלך הריאיון ביקש או'בריאן להדגיש בפני הצופים כי חשוב לו שידעו שהוא בסדר ו"מרגיש מעולה".
ב-11 במרץ 2010 או'בריאן הצהיר בחשבון הטוויטר שלו כי הוא מתכנן לערוך מופע ב-30 ערים החל מ-12 באפריל 2010 בשם "The Legally Prohibited from Being Funny on Television Tour" ("מסע ההופעות של מי שלא מורשה להיות מצחיק בטלוויזיה"). או'בריאן הגיש את המופע יחד עם אנדי ריכטר ויחד עם חברי הלהקה שליוו אותו במהלך התקופה הקצרה שבה הגיש את ה"טונייט שואו". מקס ויינברג, לעומת זאת, לא הצליח להצטרף לסבב ההופעות מלבד הופעת אורח אחת בניו יורק. כרטיסי VIP למופע נמכרו בעלות 695 דולרים, ואפשרו לרוכשיהם לפגוש את או'בריאן פנים אל פנים. כמו כן ב-11 במרץ 2011 השיק או'בריאן את האתר teamcoco.com. סבב ההופעות הסתיים באטלנטה ב-14 ביוני 2010. בשנת 2011 יצא סרט תיעודי בשם "קונאן או'בריאן לא יכול לעצור", אשר תיעד את העבודה על המופע.
"קונאן" (2010–2021).
ב-12 באפריל 2010 הצהיר או'בראיין לראשונה כי יגיש תוכנית אירוח משלו בערוץ הכבלים TBS. התוכנית שודרה לראשונה ב-8 בנובמבר 2010, ומשודרת מאז בימים שני עד חמישי ברצועה שבין 11:00 עד 12:00. בעקבות המעבר של או'בריאן לערוץ TBS תוכנית הלילה של ג'ורג' לופז הועברה למשבצת של חצות. קונאן סירב בתחילה לעשות ללופז את מה שרשת NBC עשתה לו, אך לבסוף או'בריאן הסכים להצטרף לערוץ TBS לאחר שלופז שכנע אותו לעבור.
ב-1 בספטמבר 2010 הודיע או'בריאן בחשבון הטוויטר שלו ובעמוד היוטיוב שלו כי השם של תוכנית הלילה החדשה יהיה "קונאן". גם בתוכניתו החדשה של קונאן מלווה אותו אנדי ריכטר, עם להקת הבית שכעת נקראת "ג'ימי ויווינו וחבילת הבסיס".
נכון לסוף שנת 2015, תוכנית הלייט נייט "קונאן" מדורגת במקום ה-11 מבחינת רייטינג מבין 12 תוכנית הלייט נייט ששודרו באותה העת בארצות הברית.
באוגוסט 2017 טס או'בריאן לישראל במטרה לצלם תוכנית ספיישל על ביקורו במדינה (לאחר שעשה ספיישלים שכאלו קודם-לכן גם בקובה, בארמניה, במקסיקו, ובקוריאה הדרומית). ב-2018 נודע כי התוכנית תעבור לפורמט של 30 דקות, במקום 60 דקות כפי שהייתה עד אז (כולל פרסומות). התוכנית משודרת בפורמט הזה מאז ינואר 2019.
בנובמבר 2020 נודע כי או’בריאן צפוי לעזוב את הלייט נייט ״קונאן״ ביוני 2021 לטובת הגשת תוכנית שבועית חדשה ברשת הסטרימינג "HBO Max". ב-3 במאי 2021 נמסר שהתוכנית האחרונה תשודר ב-24 ביוני שלאחר מכן, והיא תהיה תוכנית סיום מורחבת בת שעה, אשר תסקור את הקריירה הארוכה של קונאן כמגיש תוכניות אירוח ליליות. החל מחודש יוני 2021, יתמקד קונאן בפיתוח תוכנית רב-גונית שבועית עבור רשת HBO Max, בהפקת חברת "Team Coco". לצד זאת, הוא ממשיך להגיש את סדרת התוכניות המיוחדות "קונאן ללא גבולות", בהן הוא נוסע מעת לעת לעמוד מקרוב על סוגיות תרבותיות במדינות שונות. הסדרה, המהווה ספין אוף ל"קונאן", שודרה בעבר ב"נטפליקס", ומאז דצמבר 2020 היא משודרת ב-"HBO Max".
חיים אישיים.
ב-2000 או'בריאן פגש לראשונה את אליזבת אן "ליזה" פאואל, כשהופיע בתוכנית הלילה "לייט נייט עם קונאן או'בריאן" במערכון, ובאותה העת ליזה עבדה בתור קופירייטרית בכירה.