O'Reilly fu scelto al secondo giro in 33ª posizione assoluta nell'NHL Entry Draft del 2009 dai Colorado Avalanche. Ryan guadagnò il suo primo punto in NHL all'esordio il 1º ottobre 2009 contro i San Jose Sharks. La prima rete in NHL arrivò il 15 ottobre contro Carey Price, portiere dei Montreal Canadiens. Quattro giorni più tardi gli Avalanche annunciarono che i debuttanti O'Reilly e Matt Duchene avrebbero trascorso l'intera stagione con la prima squadra, grazie alle loro prestazioni positive.