O'Reilly es investigadora principal en el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT, donde dirige un equipo centrado en el aprendizaje automático escalable. Su grupo de investigación, Anyscale Learning For All (ALFA), investiga sobre ciberseguridad,[3] análisis rápido de datos inteligentes y modelización de datos médicos.[1][4] O'Reilly ha diseñado modelos computacionales para una variedad de problemas diferentes, entre ellos el cálculo del riesgo financiero de las inversiones en energías renovables y la creación de un algoritmo de sabor que sustituye a los probadores de sabores.[5] O'Reilly ha desarrollado modelos estadísticos para el diseño de sistemas de energía renovable, incluida la predicción de la velocidad del viento.[6][7]
En 2013 fue galardonada con el premio EvoStar por su destacada contribución a la computación evolutiva en Europa.[8][9] O'Reilly ha recibido varios premios y honores por su trabajo en programación genética; entre ellos, ha sido elegida miembro del Consejo Ejecutivo del Grupo de Interés Especial en Computación Genética y Evolutiva de la ACM, SIGevo (antes Sociedad Internacional de Computación Genética y Evolutiva).
Ansel, Jason; Kamil, Shoaib; Veeramachaneni, Kalyan; Ragan-Kelley, Jonathan; Bosboom, Jeffrey; O'Reilly, Una-May; Amarasinghe, Saman (2014). «OpenTuner». Proceedings of the 23rd International Conference on Parallel Architectures and Compilation - PACT '14 (New York, New York, USA: ACM Press): 303-316. ISBN978-1-4503-2809-8. doi:10.1145/2628071.2628092.
