Allan Stewart Konigsberg néven viszonylag jómódú, brooklyni kispolgár zsidó családban jött a világra. Hároméves korában szeretett bele a moziba, amikor anyjával látta a Disney-féle Hófehérke és a hét törpét. Az iskolában átlagos diák volt: rajongott a képregényekért, a sportért, imádta a dzsesszt és a mozit, sajátos humoráért társai szórakoztatónak találták. Tizenhét évesen kezdte Woody Allen néven küldözgetni 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 tekintélyes műveltségre tett szert.

Az ötvenes évek elején Hollywoodban dolgozott humoros tévéműsoroknál, ami ugyan jó iskola volt számára, de örökre megutáltatta vele a felszínes, csillogó mozivárost. Legkedvesebb rendezői, Ingmar Bergman, Federico Fellini, Francois Truffaut, Michelangelo 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, cicamica? forgatókönyvének megírásával. A film kasszasiker lett, Woody Allen előtt megnyílt a mozi világa, s 1969-ben megrendezhette első filmjét Fogd a pénzt és fuss! címmel. Ki ne emlékezne a "Semmi cicó, vigyázzon, mert nálam van a slukker" feliratú cetlire, és a kétbalkezes, abszurd figurára, aki annyi filmjének őstípusa lett. Következő filmje, a Játszd újra, Sam! az egyik legszemélyesebb vallomása a nőkhöz fűződő, meglehetősen ambivalens viszonyáról.

Rendkívül termékeny kapcsolata kezdődött Diane Keaton színésznővel, aki több filmjében is főszerepet kapott, így az Oscar-díjas Annie Hallban és a Manhattanben. Ezekben a filmekben benne van mindaz, ami oly egyedivé teszi Woody Allen műveit: 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 - Zelig, Broadway Danny Rose, Kairó bíbor rózsája, A rádió aranykora és a szintén Oscar-díjas Hannah és nővérei - meglehetősen sokrétűek, ám egyenetlen minőségűek. Főszereplőjük az új szerelem, Mia Farrow, akivel tizenkét évig éltek és dolgoztak együtt, született egy közös gyermekük, s nevelték Mia saját és fogadott gyermekeit. 1993-ban - meglehetősen csúnya perpatvarok után - szétváltak útjaik, s Woody Allen feleségül vette Szun Jit, koreai származású nevelt lányukat.

A magánéleti bonyodalmak alkotókedvét nem érintették, szinte évente jelentkezik új filmmel, amelyekben az újabb nemzedék sztárjait, Sean Pennt, Helen Huntot, Scarlett Johanssont is szívesen szerepelteti. (Match Point, Füles, Kasszandra álma, Vicky Cristina Barcelona, Éjfélkor Párizsban, Rómának szeretettel, Blue Jasmine). Legutóbb a Káprázatos Holdvilág és az Abszurd alak című filmjeit láthatta a közönség. Az utóbbi tíz év termésében szinte kivétel nélkül a jó történet, jó forgatókönyv, kiváló párbeszédek és színészvezetés mutatkozott meg, azaz csaknem mindegyik a filmkészítés mestermunkája.

Allen zenészként is megállja a helyét: hétfőnként a Michael's Pub Manhattan nevű szórakozóhelyen klarinétozik együttesével, amellyel 2007-ben Magyarországra is eljutott. Könyveinek nagy része magyarul is megjelent, az aforizmagyűjteményekből manapság nem maradhatnak ki mondásai. Néhány klasszikus mutatóba: "Nem mintha félnék meghalni, csak nem szeretnék ott lenni, amikor bekövetkezik"; "Évekig nem szóltam a feleségemhez. Nem akartam félbeszakítani"; "A pénz jobb, mint a szegénység. Már csak anyagi szempontból is."

Filmjeit számos díjjal jutalmazták. Az Oscar-díjra 22 alkalommal jelölték, és négy alkalommal meg is kapta a kitüntetést: háromszor a legjobb eredeti forgatókönyvért (Annie Hall, Hannah és nővérei, Éjfélkor Párizsban), az Annie Hall a legjobb rendezés díját is megkapta. A gálákat azonban rendszeresen kihagyja (csak egyszer volt jelen, a 2001-es New Yorkot ért terrortámadás után), az amerikai filmakadémiának nem is tagja. A legenda szerint, amikor az Annie Hall tarolt, ő egy New York-i klubban klarinétozott.

Magyarországon Kern András hangja forrt össze Woody Allennel, legtöbbször ő szinkronizálja filmjeit.