Il entre en politique lorsque son oncle Robert, député de la circonscription de Mid-Antrim, décide de ne pas se représenter aux élections législatives de janvier 1910. Candidat du Parti unioniste irlandais, Arthur O'Neill est le seul candidat dans cette circonscription, et succède à son oncle. Il est réélu sans opposition aux élections en décembre. Avec Edward Carson, le chef du Parti unioniste, il s'oppose « résolument » au projet de loi introduit en 1912 par le gouvernement du Premier ministre Herbert Asquith pour accorder l'autonomie à l'Irlande. Avec Edward Carson également, il exerce un « rôle clef dans la mise en œuvre » en 1912 de la Force des volontaires de l'Ulster, milice unioniste opposée à l'autonomie. Sa formation militaire s'avère précieuse aux miliciens à cet égard[1],[2],[3].
Il réintègre le 2e régiment des Life Guards mi- et est déployé au front de l'Ouest de la Grande Guerre. Il est tué au combat dès le , à Zillebeke près d'Ypres, à l'âge de 38 ans. Sa mort est annoncée à la Chambre lorsque débute la session parlementaire suivante, le , et alors que 20% des députés sont absents parce que déjà déployés volontairement au sein des forces armées. Sa mort entraîne une élection partielle dans la circonscription de Mid-Antrim, remportée par son frère Hugh, pour le Parti unioniste également[1].
