Ана дебютировала в кино в 2003 году, сыграв роль актрисы в фильме «Стажёр Билл». Всего О’Райли сыграла более чем в 35-ти фильмах и телесериалах. Она также известна по ролям в таких фильмах и телесериалах как: «В пролёте» (роль Лесли, 2008), «Дневники вампира» (роль Джессики Коэн, 2011), «Прислуга» (роль Элизабет Лифолт, 2011), «Станция «Фрутвейл»» (роль Кэти, 2013) и «» (роль Крис-Энн Бреннан, 2013). Вместе со своими коллегами-актёрами из фильма «Прислуга», имеет премии (2011), Голливудского кинофестиваля (2011), (2011), «Спутник» (2011), (2011) и «Премии Гильдии киноактёров США» (2012) в номинации за лучший актёрский состав.