Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Leicesters Selby, som slog Ding Junhui i förra årets final, letade efter en vitkalk genom att gå 8-0 framåt.
Irishman O'Brien hävdade den nionde och 11: e för att undvika att bli bara den andra spelaren att avsluta utan att vinna en ram, men Selby avslutade matchen.
Han kommer att möta antingen Wales Ryan Day eller Kinas Xiao Guodong i nästa omgång.
Selby har haft en stjärnsäsong - hävdar fyra ranking titlar, inklusive denna månads China Open, även om ingen spelare har följt detta genom att vinna världstiteln i samma säsong.
Världs nummer ett gjorde toppbrytningar på 92, 77 och 66 när han började sitt försök att vinna sin tredje titel på Sheffield plats, som håller händelsen för en 40: e år.
"Jag är mycket glad att få igenom och nöjd med poänglinjen men min prestation kunde ha varit bättre," Selby sade. "Jag dödade inte tillräckligt med ramar av vid det första besöket och skulle ha velat ha kapitaliserat på dem.
"Jag skulle vilja vinna varje turnering jag spelar i. Jag är självsäker och spelar tillräckligt bra.
"Även om jag inte spelar bra, jag har en aldrig sagt-die attityd och du måste skrapa mig från bordet.
"Jag var rensad för att inte gå 9-0 eftersom jag vet historien att det bara har funnits en vitkalk här. Jag var förkrossad över att gå in efter första sessionen vid 8-1."
Efter att ha gjort lätt arbete av O'Brien, Selby har nästan en vecka ledigt, återvänder till verksamheten nästa lördag.
Dubliner O'Brien kom igenom kval genom att slå David Gilbert i en final-frame beslut - den längsta ramen i snooker historia, tid på två timmar, tre minuter och 41 sekunder.
Men han kämpade hårt i första omgången mötet, hantera en hög paus på bara 32, även om han undvek gäck med att gå Eddie Charlton - som förlorade 10-0 till John Parrott 1992 - som de enda spelarna att inte vinna en ram vid mästerskapet.
Han har nu förlorat sex på varandra följande möten mot Selby och hävdar bara fyra ramar i en körning som sträcker sig tillbaka till 2006.
"När jag vann min första ram, det var bra eftersom publiken var så stödjande och villiga mig att inte få vitvatten," sade O'Brien.
I en all-Scottish slips, kval Stephen Maguire krävde åtta ramar i rad för att lura Anthony McGill 10-2.
Maguire, som har vunnit fem rankningstitlar, har fallit till 24 i världen men var i bra scoring form, sammanställa avbrott 97, 66 och 60 för att gå igenom.
Under tiden, fem-tiden mästare Ronnie O'Sullivan var knuten tillbaka till en 5-4 ledning över debutanten Gary Wilson.
Före detta taxichauffören Wilson föll 5-1 bakom men tog de tre sista ramarna av sessionen, inklusive den nionde som behövde snookers.
På det andra bordet, Kyren Wilson leder 5-4 mot Crucible första-timer David Grace.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Försvarsmästare Mark Selby nådde den andra omgången av VM genom att slå Fergal O'Brien 10-2 på Crucible Theatre.