Cathy O'Donnell, nacida Ann Steely (Siluria, Alabama, 6 de julio de 1923-Los Ángeles, 11 de abril de 1970), fue una actriz estadounidense.
Asistió a la Universidad de Oklahoma y estudió arte dramático en la American Academy of Dramatic Arts, después de lo cual hizo carrera en el teatro y en el cine. Firmó un contrato con Samuel Goldwyn para participar en su primera película, The Best Years of Our Lives (1946), donde interpretó a Wilma Cameron. Luego, en RKO, trabajó con Farley Granger en They Live by Night (1947), de Nicholas Ray. A los veintitrés años, se casó con Robert Wyler, de cuarenta y ocho años en aquel entonces, hermano mayor del director William Wyler. O'Donnell también formó parte del elenco de Ben-Hur (1959) como Tirzah, la hermana menor de Judah Ben Hur (Charlton Heston). Cathy O'Donnell murió de una hemorragia cerebral ocasionada por un cáncer a la edad de 46 años, el día del 22.º aniversario de su boda.
Wonder Man (Un hombre fenómeno, 1945), clienta del Pelican Club (no acreditada)
Los mejores años de nuestra vida (1946), Wilma Cameron
The Amazing Mr. X (1948), Janet Burke
Los amantes de la noche, de Nicholas Ray (1949), Keechie
Side Street (1950), Ellen Norson
The Miniver Story (1950), Judy Miniver
Never Trust a Gambler (1951), Virginia Merrill
Brigada 21 (1951), Susan Carmichael
The Woman's Angle (1952), Nina Van Rhyne
Eight O'Clock Walk (1954), Jill Manning
L'amante di Paride, de Marc Allégret y Edgar G. Ulmer (La manzana de la discordia (1954), Enone
Mad at the World (1955), Anne Bennett
El hombre de Laramie (1955), Barbara Waggoman
The Deerslayer, de Kurt Neumann (1957), Judith Hutter
The Story of Mankind, de Irwin Allen (1957), cristiana de la antigüedad
My World Dies Screaming (1958), Sheila Wayne Tierney (acreditada como Kathy O'Donnell)