Etter mye spekulasjoner rundt at O'Neal skulle skifte klubb, ble han den 24. juni 2009 byttet fra Phoenix Suns til Cleveland Cavaliers og sluttet seg til spilleren LeBron James, som spilte på laget på denne tiden. Cleveland Cavaliers måtte gi fra seg Sasha Pavlovic, Ben Wallace, 500 000 dollar og Cavaliers' andre valg i NBA-draftet i 2010 for å få O'Neal.