Alan Stewart Konigsberg néven átlagos, viszonylag jómódú brooklyni kispolgári zsidó családban született. Az iskolákban átlagdiák volt: rajongott a képregényekért, a sportért, imádta a dzsesszt és a mozit, sajátos humoráért társai szórakoztatónak találták. 17 éves korában felvette a Woody Allen nevet, s e néven küldözgette vicceit, humoros írásait a különböző ügynökségeknek, amelyek szépen fizettek is neki. Érettségi után autodidakta módon képezte magát, legfőképp azért, hogy a lányok észrevegyék; célját ugyan nem érte el, de műveltsége tekintélyes lett.
Az ötvenes évek elején Hollywoodban dolgozott különböző humoros tévéműsoroknál, ami ugyan jó iskola volt számára, de örökre megutáltatta vele a felszínes, csillogó mozivárost. Legkedvesebb rendezői, Bergman, Fellini, Truffaut, Antonioni is egészen másfajta filmes látásmódot közvetítettek számára.
New Yorkba visszatérve kabarékban lépett fel 1964-ig, amikor Charles K. Feldman rendező megbízta a Mi újság, cicababa? forgatókönyvének megírásával. A film kasszasiker lett, Woody Allen előtt megnyílt a mozi világa, 1969-ben megrendezhette első filmjét Fogd a pénzt és fuss címmel.
Amelynek leghíresebb jelenete talán ez:
Rendkívül termékeny kapcsolata kezdődött Diane Keaton színésznővel, aki több filmjében is főszerepet kapott, így a két legtipikusabb opusban, az Oscar-díjas Annie Hall-ban és a Manhattan-ben.
A Woody Allen-filmek alapélménye az értelmiségi lét, a szorongás, a szexuális bizonytalanság, a zsidó identitás, New York szépsége és rettenete, a mozi varázsa. Humora intellektuális, gyakorta moralizáló, a két legfőbb emberi dolog számára a szerelem és a halál, melyekhez többnyire iróniával közeledik.
A nyolcvanas években készült filmjei meglehetősen sokrétűek, ám egyenetlen minőségűek. Főszereplőjük az új szerelem, Mia Farrow, akivel 12 évig éltek és dolgoztak együttt. Miután 1993-ban – meglehetősen csúnya perpatvarok után – szétváltak útjaik, Allen feleségül vette Szun Jit, koreai származású nevelt lányukat.
A magánéleti bonyodalmak alkotókedvét nem érintették, szinte évente jelentkezik új filmmel. 2003-ban Asztúria Hercege Díjat, 2004-ben pedig a San Sebastián-i Filmfesztiválon életműdíjat kapott.