Джон О’Донован родился в 1806 году в местечке Ататимор в графстве Килкенни. Получил образование в Уотерфорде. Преподавал ирландский язык и работал с несколькими антикварами, изучая архивные документы и фольклор. В августе 1830 года получил работу в картографическом управлении Ирландии (Ordnance Survey Ireland) под руководством антиквара и художника Джорджа Петри. В течение 12 лет О’Донован объездил множество областей Ирландии, собирая фольклор, изучая рукописи и устанавливая происхождение различных географических названий. Впоследствии стал профессором кельтских языков в университете Белфаста, в 1856 году избран членом-корреспондентом Берлинской академии наук. О’Донован скончался 10 декабря 1861 года в Дублине и похоронен на кладбище Гласневин.
Джон О’Донован был женат на Мэри-Энн Бротон, сестре жены другого крупного ирландского учёного — Юджина О’Карри и стал отцом девяти детей.
Вместе с О’Карри Джон О’Донован является одним из основоположников изучения средневековой Ирландии. Он издал множество ключевых исторических текстов («Книга прав», «Анналы четырёх мастеров», «Фрагментарные анналы Ирландии», «Мартирология Донегола» — издана посмертно). Примечания к «Анналам четырёх мастеров», где О’Донован использовал знания, приобретённые на картографической службе, для отождествления средневековых названий мест с современными, до сих пор сохраняют свою ценность и послужили основой для других работ по топографии Ирландии (в частности, Onomasticon Goedelicum Э. Хогана).
О’Донован принимал участие в подготовке многотомного издания «Древние законы Ирландии» (Ancient Laws of Ireland), переписывая для печати юридические манускрипты и комментируя тексты. Хотя изучение собственно древнеирландского языка тогда ещё только начиналось, огромная эрудиция и проницательность позволили О’Доновану во многих случаях верно переводить сложнейшие юридические трактаты.
