O'Connell iniziò ad allenare nella NFL svolgendo il ruolo di allenatore dei quarterback dei Cleveland Browns nel 2015. Nel 2017 assunse lo stesso ruolo ai Washington Redskins, venendo promosso a coordinatore offensivo nel 2019. Nel 2020 e 2021 fu il coordinatore offensivo dei Los Angeles Rams che conquistarono il Super Bowl LVI.
Il 16 febbraio 2022 O'Connell fu assunto per diventare il 10º capo-allenatore della storia dei Minnesota Vikings.[1][2]