Первым опытом Фрэнсис О'коннор в киноиндустрии был сериал «Джи Пи», который шёл с 1989 по 1996 год.
Прорыв актрисы к славе состоялся в 2001 году, когда она снялась в фильме самого Стивена Спилберга «Искусственный разум». О'коннор достойно справилась с достаточно сложной драматической ролью, если учитывать, что до этого она большей частью снималась в сериалах.

Фильмография:
Охотник / The Hunter /(2011)
День, когда земля замерзла / Ice /(2010)
Блаженные / Blessed /(2009)
Кашемировая мафия / Cashmere Mafia /(2008)
Джим с Пиккадилли / Piccadilly Jim /(2006)
Three Dollars /(2005)
Book of Love /(2004)
The Lazarus Child /(2004)
Ангелы с железными зубами / Iron Jawed Angels /(2004)
В ловушке времени / Timeline /(2003)
Говорящие с ветром / Windtalkers /(2002)
Как важно быть серьезным / The Importance of Being Earnest /(2002)
Искусственный разум / A.I. Artificial Intelligence /(2001)
Госпожа Бовари / Madame Bovary /(2000)
Ослепленный желаниями / Bedazzled /(2000)
Про Адама / About Adam /(2000)
Мэнсфилд Парк / Mansfield Park /(1999)
Маленькая частичка души / A Little Bit of Soul /(1998)
Kiss or Kill /(1997)
Слава Богу, он встретил Лиззи / Thank God He Met Lizzie /(1997)
Love and Other Catastrophes /(1996)
Shark Bay /(1996)
Bathing Boxes /(1995)
Blue Heelers /(1994-2006)
Halifax f.p: The Feeding /(1994)
The Damnation of Harvey McHugh /(1994)
Law of the Land /(1993-1994)
Холодная река: Сага МакГрегора / Snowy River: The McGregor Saga /(1992-1994)
Джи Пи / G.P. /(1989-1996)
Frontline /(1983-2009)