Durante la década del 70 comenzó a estudiar las características del Estado autoritario a partir de la observación del gobierno militar que gobernó la Argentina entre 1966 y 1973. De aquel período se destacan sus libros Modernización y autoritarismo (1972), y El Estado burocrático autoritario (1982), convertido en un libro clásico de la Ciencia Política.

Desde 1983, en sintonía con los procesos de recuperación de la democracia en América latina, O'Donnell comenzó a profundizar los estudios sobre la democracia, sus presupuestos, componentes y mecanismos internos. A partir de la década del '90 introdujo la idea idea de democracia delegativa. Según O'Donnell los procesos democráticos que se produjeron en América latina y en la Europa del Este no alcanzaron a establecer democracias representativas, sino democracias delegativas, institucionalmente débiles, con poderes ejecutivos muy centralizados. Se destacan de este período Contrapuntos: ensayos escogidos sobre autoritarismo y democratización (1997), Pobreza y desigualdad en América Latina (coeditado, 1999), La (in)efectividad de la ley y la exclusión en América latina (coeditado, 2001).