Neill werd geboren in Noord‑Ierland, als zoon van een Engelse moeder en een Nieuw‑Zeelandse vader, en verhuisde in 1954 naar Christchurch. Zijn doorbraak kwam met de film Sleeping Dogs (1977). Wereldwijde bekendheid volgde met zijn rol als Dr. Alan Grant in Jurassic Park (1993), een personage dat hij later opnieuw vertolkte in Jurassic Park III (2001) en Jurassic World Dominion (2022).
De acteur kampte de laatste jaren met zijn gezondheid: in 2022 kreeg hij de diagnose bloedkanker. Na verschillende behandelingen werd hij later kankervrij verklaard. Zijn nalatenschap op film en televisie blijft veel mensen bij.