Allen amerikai zsidó családba született. Szülei, Martin Konigsberg és Nettea Cherrie, és nővére, Letty, Flatbushban éltek, Brooklynban. Felmenőik Oroszországból és Ausztriából vándoroltak Amerikába. Héber iskolában tanult hét éven keresztül, majd átiratkozott a Midwood High állami iskolába. A beceneve „Vörös” volt, hajszíne okán. Hogy pénzt szerezzen, elkezdett poénokat írni David O. Alber ügynöknek, aki ezeket eladta egy újságnak. Allen első publikált vicce az „I'm at two with Nature” volt. 16 évesen kezdett szövegeket írni előadóművészeknek, és ekkor használta először a Woody Allen nevet.
A gimnázium után beiratkozott a New York-i egyetemre, ahol kommunikációt és filmművészetet hallgatott. Nem sokat járt be órákra, első filmes vizsgáján megbukott. Az egyetemet otthagyta, és később a City College of New Yorkban fejezte be tanulmányait.
19 évesen darabokat kezdett írni a The Ed Sullivan Show-nak, a The Tonight Show-nak, Sid Caesarnak, Art Carney-nak és másoknak. 1957-ben nyerte el az első Emmy-díját. Bob Hope, az ismert komikus szövegírója is lett.
Prózákat és darabokat kezdett írni 1960-ban, és egy új műfajjal, a stand-up comedyvel próbálkozott, valamint ötletgyártó volt a kandi kamera televíziós show műfajában. 1961-ben úgy döntött, maga is elő tudja adni saját szerzeményeit, s hamarosan népszerű alakja lett a Greenwich Village-i kluboknak és egyetemi campusoknak. 1965-ben Clive Donner rendező felkérte a Mi újság, cicababa? című film forgatókönyvének megírására, amelyben egy kisebb szerepet is eljátszott. Ennek sikere után Allen maga is megpróbálkozott a rendezéssel, újravágott egy alacsony költségvetésű japán kémthrillert, amelyben amerikai színészek szinkronizálták a japánokat. A végeredmény a What's Up, Tiger Lily? lett, mely 1966-ban pozitív fogadtatásban részesült, akárcsak egy évvel később a Casino Royale című James Bond-paródia, amelynek a forgatókönyvét írta, valamint szerepelt is benne. David Niven alakította Sir James Bondot, a koros 007-es ügynököt, Woody kettős szerepet játszott: Jimmy Bond volt, a habókos unokaöcs, és egy titkos szervezet ütődött feje. Aztán tényleg rendezett, a Fogd a pénzt és fuss! című krimivígjáték/áldokumentumfilm forgatókönyvét írta, s övé volt a főszerep is, Virgil Starkwell – a kétbalkezes, megrögzött tolvaj élettörténete megnevettette nézőit.
Ezt a mozit számos vígjáték követte, többek között a Banánköztársaság, az Amit tudni akarsz a szexről... – ennek zárótörténetében Allen egy, a versenyben lemaradt spermiumot alakított. Majd a Hétalvó rendezője, forgatókönyvírója, zeneszerzője és főszereplője volt. Miles Monroe-t játszotta, egy Greenwich Village-i bioélelmiszerbolt-tulajdonost, akit 1973-ban vakbéllel operálnak, ám a műtét nem sikerül, ezért az orvosok lefagyasztják a pácienst, aki kétszáz évvel később ébred fel. Az igazi áttörést az 1977-es Annie Hall című filmje jelentette, amelyért George Lucas és Steven Spielberg elől elvitte a legjobb rendezőnek járó Oscar-díjat. A történet egy neurotikus, bizonytalan komédiaszerzőről szól, Alvy Singerről, aki őrülten beleszeret egy énekesnőnek készülő lányba, Annie Hallba. Őt Diane Keaton alakította, aki szintén Oscar-díjat kapott.
Magánélete
Első felesége Harlene Rosen volt, majd 1966-ban elvette Louise Lasser színésznőt, aki számos korai filmjében is feltűnt. 1969-ben elváltak, majd Allen évekig élt együtt Diane Keatonnal, később pedig Mia Farrow-val, akitől fia is született. Mia Farrow megvádolta azzal, hogy örökbefogadott gyermekei közül a még középiskolás Soon-Yivel, sőt, másik örökbefogadott kislányával, Dylannel is szexuális kapcsolatba került. A botrány 1992-ben robbant ki, majd éveken át tartó pereskedés következett. 1993. június 7-én a legfelsőbb bírósági határozat szerint Mr. Allen „…önteltsége, ítélőképességének hiánya, elszánt támadása és ezzel minden eddig okozott seb elmélyítése okot ad rá, hogy további kapcsolatot a gyermekekkel csak szigorú felügyelet mellett tarthasson”. Végül Woody 1997-ben feleségül vette Soon-Yit, két gyermeket nevelnek, s most boldogan élnek. Allen hétfőnként Eddie Davis New Orleans Jazz Bandjével klarinéton játszik a New York-i Carlyle kávéházban. Vele és zenekarával a magyar rajongók is találkozhattak, amikor 2007 legvégén Budapestre látogatott, hogy koncertet adjon a Papp László Sportarénában.[5]
Filmtémái
A saját maga által írt filmjeiben gyakran visszatérő témák: szerelem, emberi kapcsolatok, szex, az élet értelme, halál, depresszió, zsidóellenesség, amerikai értelmiségi réteg, művészek.
Gyakran találkozhatunk életrajzi ihletésű szereplőkkel, például a Holly Woody történetben egy rendezőt játszik, az Annie Hallban egy humoristát, míg a Manhattanben egy írót. Gyakran alakította valódi élettársa, Diane Keaton a filmbéli szeretőit.
Filmográfia
Nagyjátékfilmek
Legtöbb filmjében az amerikai színész hangját Kern András kölcsönözte, aki Allen állandó és jellegzetes szinkronhangjává vált.[6]Kerekes József és Háda János nyolc, illetve négy alkalommal volt Allen magyar hangja.[7]