Joan Marie O’Brien (* 14. Februar 1936 in Cambridge, Massachusetts) ist eine US-amerikanische Schauspielerin und Sängerin.
Joan O’Brien wurde im Bundesstaat Massachusetts geboren, zog aber mit ihren Eltern während der Kindheit nach Kalifornien um. Bereits im Alter von acht Jahren nahm sie erste Tanzstunden, zudem betätigte sie sich als Sängerin. Entdeckt wurde sie vom Country-Musiker Cliffie Stone, der die noch O'Brien noch vor ihrem Schulabschluss als Sängerin für seine Fernsehshow Hometown Jamboree verpflichtete. Ende der 1950er-Jahre wagte sie den Sprung zur Schauspielerei und erhielt schnell eine größere Rolle in der Komödie Unternehmen Petticoat (1959) an der Seite von Cary Grant und Tony Curtis. Anschließend war sie neben John Wayne in den Westernfilmen Alamo (1960) und Die Comancheros (1961) zu sehen. Besonders häufig spielte sie in ihren Filmen dabei Krankenschwestern. 1963 war sie die Partnerin von Elvis Presley im Musical-Film Ob blond, ob braun..., die beiden hatten auch privat eine kurze Beziehung.