Nome d'arte di Estelle Merle O'Brien Thompson, nata in Tasmania nel 1911 al seguito del padre ufficiale dell'esercito inglese. Dopo aver studiato a Calcutta, torna in Gran Bretagna dove studia danza e lavora come ballerina. Dopo aver tentato di fare cinema con scarsa fortuna, nel 1932 viene notata dal regista Alexander Korda - che sposerà di lì a poco, divorziando 6 anni più tardi, interpretando Sposatevi ragazzi. La fama giunse l'anno dopo con Le sei mogli di Enrico Vlll (in cui sosteneva il ruolo di Anna Bolena) e La primula rossa (1935), al fianco di un Leslie Howard all'apice del successo.
Protagonista de L'avventura di Lady X (1938) accanto a Laurence Olivier, lavorò col grande attore inglese anche in La voce nella tempesta-Cime tempestose (1939), nel quale diede prova di grande maturazione artistica. Attrice tra le meglio pagate di quegli anni, si dovette rassegnare all'inevitabile declino, tra un divorzio e l'altro, nonostante una bellezza insolita e misteriosa.
Tra i film migliori, Le ultime avventure di Don Giovanni (1934), diretto da Korda, L'evaso dalI'isola del diavolo (1934), Folies bergeres (1935). Dalla fine degli anni '50 interrompe la sua attività, tornando a recitare solo episodicamente, come in Intrighi al Grand Hotel (1967) e Intervallo (1973). La Oberon è morta a Malibu nel 1979.