Stuart O'Grady blev født i Adelaide i South Australia og voksede op som en del af en cykelfamilie. Hans far repræsenterede Sydaustralien flere gange i både landevejs- og banecykling, og hans onkel stillede op for Australien ved Sommer-OL 1964 i Tokyo. O'Grady startede sin karriere i banecykling, og vandt mest nævneværdigt en sølvmedalje i holdforfølgelsesløb ved OL i 1992 i Barcelona. Ved OL i 1996 i Atlanta vandt han bronze i både pointløb og holdforfølgelsesløb (4000 m). Da det var på tide at blive professionel blev han hyret af GAN-holdet (nu Crédit Agricole), der på det tidspunkt også havde den engelske enkeltstartsspecialist Chris Boardman på holdet. "Jeg snakkede både med Motorola, Polti og GAN, og alle sagde, at jeg skulle vælge Polti. Så en dag så jeg (Chris) Boardman blive hjulpet af en GAN mekaniker og soigneur, men jeg så ikke nogen Polti-mekanikere eller Motorola-mandskab overhovedet. Derefter var det ikke et specielt svært valg," sagde O'Grady om sit valg af cykelhold. Under Tour de France 1998 kørte han i løbet gule førertrøje i tre dage. Samme år vandt han også sin første Tour de France-etape. Igen i 2001 kørte han i den gule førertrøje, denne gang i fem dage. O'Grady blev kåret som "Årets Australske Rytter" og "Årets Australske Mandlige Landevejsrytter" i både 1998 og 2001. I 1998 sluttede han sommer nummer to i pointkonkurrencen. I 2001 lå O'Grady i tæt kamp om den grønne pointtrøje med Erik Zabel fra Tyskland O'Grady blev dog slået efter sidste etapes løb i Paris' gader. I 2001 blev han diagnosticeret med en blokeret arterie, efter at tidlige tests viste, at hans højre ben producerede mere kraft end hans venstre. Efter en operation i april 2002, kom han i et genoptræningsprogram for at kunne komme tilbage i løbsform til sommeren, og O'Grady kom igen på vejene under Tour de France 2002. I Tour de France 2003 og 2004 blev han overskygget i pointkonkurrencen af hans australske landsmænd Baden Cooke (2003) og Robbie McEwen (2004). O'Grady fik dog stadig hevet sin anden Tour de France-etapesejr hjem i 2004. I 2004 flyttede O'Grady til Cofidis med den intention at koncentrere sig om forårsklassikerere såsom Paris-Roubaix og Flandern Rundt. Efter en katastrofenær start på sæsonen fyldt med skader og doping-anklager mod hans hold, gjorde han comeback ved at vinde to etaper og pointkonkurrencen i Dauphiné Libéré. Han fortsatte med en etape i Tour de France 2004, hvor han også kørte i den grønne trøje et par dage. Han rundede sin sæson af ved at vinde UCI Landevejsverdensmesterskabsløbet HEW Cyclassics. Han toppede sin liste over sejre med en olympisk guldmedalje i Madison cycling med Graeme Brown. I Tour de France 2005 blev O'Grady nr. to i konkurrencen om den grønne pointtrøje, kun overgået af Thor Hushovd fra Norge, og tæt forfulgt af Robbie McEwen på tredjepladsen. Senere underskrev han en et-årig kontrakt med Bjarne Riis' Team CSC i 2006, men hans 2006-sæson blev plaget af skader, blandt andet flere brækkede ribben i et løb tidligt på sæsonen i Italien, og en skadet ryghvirvel i Tour de France. O'Grady fortsatte touren trods den betragtelige smerte, og blev nummer tre i sprinten om sejren på den sidste etape. O'Grady har etableret et australsk juniorhold, CSC Team O'Grady, som han også finansielt støtter.  Styrt under Tour de France 2007 Under Tour de France 2007 styrtede han på en etape og kom meget slemt til skade. Han brækkede fem ribben, brækkede kravebenet, brækkede skulderbladet og punkterede højre lunge. Derudover blev tre tapper på de midterste ryghvirvler brækket. Heldigvis er det ikke selve ryghvirvlerne, der er brækket. Det vides endnu ikke hvilke konsekvenser dette får for Stuart O' Grady.