Родилась в
Нью-Джерси
младшей из одиннадцати детей в семье судьи Томаса Фрэнсиса Патрика Нунан и его супруги, певицы
Метрополитен-опера
, Ханны Келли. После смерти отца она с двумя сёстрами переехала в
Голливуд
, где в 1926 году стартовала её карьера в кино с участия в короткометражке
Лорела и Харди
. В 1928 году О’Дэй была включена в список «
WAMPAS Baby Stars
», как одна из наиболее перспективных начинающих звёзд. Её карьера в кино продлилась недолго, и в 1935 году после семнадцати ролей, она ушла из шоу-бизнеса.
Последующие годы О’Дэй занималась воспитанием своих четырёх детей от брака с актёром Джеком Дюрантом. В 1960 году актриса была удостоена именной звезды на
Голливудской аллее славы
. Молли О’Дэй скончалась в возрасте 87 лет в
Калифорнии
в октябре 1998 года.