1983 begann O’Sullivan für die Umweltorganisation Greenpeace zu arbeiten; unter anderem verbrachte sie mehr als zehn Jahre auf verschiedenen Greenpeace-Schiffen. O’Sullivan war unter anderem Mitglied der Crew der Rainbow Warrior, bevor diese 1985 bei Neuseeland vom Französischen Auslandsgeheimdienst versenkt wurde. Des Weiteren arbeitete sie mehrere Jahre für die Organisation an ihrem Hauptsitz in Amsterdam.