Nació el 1 de diciembre de 1935 en el barrio de Brooklyn, en Nueva York con el nombre de Allan Stewart Königsberg. Es considerado uno de los principales directores y guionistas cinematográficos contemporáneos. Proviene de una familia judía, a la que el propio Allen define como "burguesa, bien alimentada, bien vestida, e instalada en una cómoda casa". Durante su infancia aprendió a tocar el violín, posteriormente se convertiría en intérprete del clarinete (que toca con asiduidad en público, junto con una banda de jazz, The New Orleans Jazz Band), hecho que le ayudaría más tarde en la creación de las bandas sonoras de sus películas.
Hasta 1997 esta actividad de intérprete musical tuvo lugar en el Michael's Pub de Nueva York, pero al cerrar este local sus puertas en ese año, pasó a tocar cada lunes en el Café Carlyle, en el hotel del mismo nombre, en donde sólo falta los días en que su actividad como cineasta se lo impide.
Allen recuerda así sus primeros años: "Eran tiempos agitados, en parte debido a circunstancias económicas y en parte por la escasez de viviendas en tiempos de guerra. Mi familia siempre tenía que cargar con parientes. Constantemente había tíos y primos entrando y saliendo de las habitaciones y siempre nos estábamos mudando de casa".
Debido a que ambos padres debían trabajar, Allen tuvo niñeras desde el primer año de su vida; de un episodio con una de ellas se cree que proviene su aversión a los túneles largos y ascensores; un dia, cuando tenía tres años, la niñera de turno se acercó a su cuna y después de envolverlo en una colcha le dijo: ¿Ves? Ahora mismo podría ahogarte y lanzarte a la basura y nunca nadie sabría lo que ha pasado, pero la mujer no cumplió la amenaza y dejó al chico en la cuna.
Su primer encuentro con el cine fue a la edad de tres años, su madre lo llevó a ver Blancanieves y los siete enanitos, fue tanta la emoción que le produjo ver como los personajes de la pantalla se movían, que corrió a la pantalla a tratar de tocarlos.
A los cinco años se observó el primer cambio de carácter, se convirtió en un niño solitario e introvertido, la razón se cree fue su ingreso a la escuela pública (escuela pública 99 de Brooklyn). Allen años más tarde definió ese lugar como una escuela para maestros con trastornos emocionales.
Su disgusto por la escuela no cambiaría al ingresar a la secundaria, lo único en lo que le iba bien era en las redacciones escolares, en las cuales él siempre dejaba ver su humor. Por aquella época, se había vuelto un buen deportista, aparte del béisbol (era seguidor de los Giants), le gustaba el boxeo, inclusive llegó a practicar para los Golden Gloves, pero sus padres no le dejaron participar.
De su época adolescente comenta: Yo no quería ser Bogart, tampoco quería ser John Wayne. Yo sólo quería ser el capullo de la clase, quería ser ese chico con gafas que nunca consigue a la chica, pero que es divertido y cae bien a todo el mundo.
Allen empezó su carrera como humorista a los 16 años, siempre asociado a otros humoristas. En 1957 se le concedió su primer premio "Sylvana Award". A los 17 años tomaría la decisión de adoptar el seudónimo de Woody Allen. Comenzaría a trabajar individualmente, llegando a ejercer la tarea de director de sus espectáculos en la cadena de hoteles Borsch Belt de Nueva York, donde ya habían trabajado otros humoristas importantes, como Jerry Lewis.
En 1952, cuando se encontraba terminando la secundaria, comenzó a confeccionar chistes para enviarlos a algunos columnistas de los periódicos de su ciudad.
El primero en usarlos fue Nick Kenny, columnista del Mirror. Poco después, Earl Wilson, el más leído del New York Post, también usaría algunos chistes de Allen. Inicialmente se publicaron de forma anónima, pero luego se publicaron con el seudónimo de Woody Allen.
Con 17 años su nombre ya circulaba por diferentes agencias de relaciones públicas y sus chistes aparecían más en los periódicos. Gene Shefrin, un agente de prensa se interesó por éste joven a quien contrató para la agencia en la cual trabajaba.
A finales de 1953, Allen ingresó en la Universidad de Nueva York, entre otras materias cursaba Producción cinematográfica. Pero no le interesaban mucho las clases, le gustaba más asistir a las proyecciones de películas que tenía la asignatura. Después de dejar de asistir a la mitad de las clases terminó su primer semestre en la universidad con pésimas calificaciones en varias materias, se retiró sin iniciar el segundo semestre. Uno de los profesores le dijo alguna vez No eres material de universidad. Creo que tendrías que recibir ayuda siquiátrica, porque me parece que no tendrás mucha suerte para encontrar trabajo. En parte tenía razon, Allen consiguió su primer siquiátra a partir de 1959 y seguiría acudiendo a uno por el resto de su vida (en cuanto a lo del trabajo, se equivocó).
Su primer contrato lo logra en 1955 en el programa The Colgate Happy Hour, con una asignación de 175 dólares semanales.
Actuó en numerosos locales, ocasionalmente apareciendo en programas de televisión, hasta que finalmente y gracias a su talante e ingenio, tras una actuación en el local Blue Angel (en 1960), le ofrecieron la posibilidad de elaborar un guión y participar como actor en el filme What's new, Pussy Cat?. En ese año conoce a dos personas que posiblemente han sido las que más le han influído: sus agentes Jack Rollins y Charles Joffe.
Su primera actuación en el Blue Angel fue gracias a una recomendación de Rollins, ellos veían en Allen un excelente humorista, pero primero debían hacerle vencer su timidez. Esa noche de domingo en el Blue Angel fue un éxito, a pesar de eso, tuvieron que pasar dos años para que tuviera suficiente confianza y comenzara a improvisar saliéndose de los libretos que había preparado.
En 1968 rueda su primera película (primera película completamente escrita y dirigida por él y en la que también actúa), Take the money and run. Al comienzo fue difícil encontrar una productora que financiara el proyecto (costaba dos millones de dólares), Palomar Pictures decidió apoyar el proyecto. Aunque la productora no estuvo muy contenta con el resultado final, la película resultó ser un éxito de público.
Después de éste éxito, a Allen no le costó trabajo encontrar algún estudio que siguiera pagando sus películas, en 1970 firma un contrato con United Artists (productora creada por Charles Chaplin), comenzaría a rodar su segunda película Bananas.
El contrato con United Artists lo comprometía para rodar tres películas, el estudio le otorgó a Woody Allen total control sobre la producción de las películas, algo que era muy poco usual para cualquier director joven de la época (en aquella época ni siquiera Scorsese, Coppola o Mazursky tenían privilegios como este).
En 1977 luego de filmar Sleeper (1973) y Love and Death (1975), Allen realiza la película con la cual obtendría su primer premio oscar: Annie Hall.
A partir de ese momento Allen alcanza el éxito como director y guionista y también como actor, con la realización de películas ambientadas principalmente en su querida Manhattan, siendo uno de los primeros directores americanos en reivindicar a cineastas europeos como Ingmar Bergman.
En 1979 realiza la película que lo consagraría como director, Manhattan; filmada en blanco y negro, con largas e imponentes tomas de la ciudad de Manhattan es considerada como un clásico de la historia del cine.
Ha sido nominado varias veces al Oscar y en 1977 recibió el premio como mejor director por su película Annie Hall, pero no acudió a la entrega alegando que se había olvidado de la ceremonia (se había quedado tocando el clarinete ese día), Diane Keaton obtuvo un premio Oscar como mejor actriz por ésta película.
Éste incidente con los Oscares no sirvió precisamente para aumentar su escasa popularidad en los Estados Unidos. Varias veces ha declarado que si no fuese por su acogida en Europa, le resultaría imposible continuar filmando.
En 2002 recibe el Premio Príncipe de Asturias de las Artes. Desde entonces tiene una estatua en su honor en el centro de Oviedo. Sus últimas películas (2005 - 2006) han sido filmadas en Europa, recibiendo, como ya ha sido una constante, la aclamación de la crítica, especialmente la francesa.
En el verano de 2007 rodará una película en Barcelona y Oviedo donde participarán interpretes como Scarlett Johansson, Penélope Cruz o Javier Bardem. La producción estará a cargo de MediaPro. El director de fotografía será el ganador de numerosos goyas, Javier Aguirresarobe.
Cuando actúa en una película, su actor de doblaje al español es Joan Pera, al cual le ha ofrecido un pequeño papel en su próxima película, agradecido por el trabajo del actor catalán, por el que llegó a decir que gracias a él "era más héroe de lo que es en realidad".