Родился 1 декабря 1935 в Нью-Йорке под именем Аллен Стюарт Конигсберг в еврейской семье. Отец работал официантом и гравировал ювелирные украшения, мать была бухгалтером в семейном кондитерском магазине. Вуди Аллен вырос в Нью-Йоркском Бруклине и разговаривает со свойственным акцентом. Впоследствии Нью-Йорк будет занимать особое место в творчестве режиссера. Несмотря на комичность своей персоны, в школе Аллен активно интересовался бейсболом и благодаря сильным рукам отлично в него играл. Также Аллен любил впечатлять одноклассников различными магическими и карточными фокусами. Еще в школьные годы Аллен прозвал себя Woody Allen (деревянный Аллен), а впоследствии шутил на эту тему, когда его отправляли в интернациональные летние лагеря, и там жестоко избивали дети различных рас и вероисповеданий. Впрочем, истинное происхождение псевдонима, скорее всего, идет от джазового кларнетиста и саксофониста Вуди Хермана, поклонником которого был Вуди Аллен, кстати, отлично играющий на кларнете и впоследствии сам выступающий на различных джазовых площадках.
Чтобы заработать денег, он начал писать шутки для продажи в газетные колонки. В возрасте семнадцати лет Аллен официально изменил свое имя на Хейвуд Аллен (Heywood Allen). Уже тогда он зарабатывал больше, чем его родители вместе взятые. После окончания школы Аллен поступил в Нью-Йоркский университет, где изучал курсы коммуникации и кинематографии, но из-за своей неприлежности вскоре был исключен. Тогда он решил окончательно посвятить себя юмористическому делу и устроился на работу к Герберту Шрайнеру, где стал сочинять сценарии. Так, вскоре он уже становится автором сценариев к популярным телепередачам, таким как «Шоу Эда Салливана», «Вечернее шоу», «Час Сизара» и другим. При этом доходы его существенно росли, но, что важнее, именно в тот период формируется собственный литературный стиль Вуди Аллена благодаря опытному сценаристу Дэнни Саймону. Карьера Аллена как юмориста быстро набирает темп. Выступая в жанре «юмористической импровизации», он часто появляется во многих клубах и на телевидении. Параллельно Аллен пишет сценарии и рассказы для различных изданий, выпустив впоследствии за всю карьеру четыре сборника рассказов и пьес. В 1966 году его пьеса «Не пейте эту воду», киноверсия которой вышла впоследствии, сделала его успешным драматургом на Бродвее. А последующие произведения, в некоторых из которых он сам и играл, окончательно закрепили этот успех. Один из хитов, пьеса «Сыграй это снова, Сэм», также была экранизирована. В последующие годы, несмотря на успех в кино, Аллен продолжал писать пьесы, которые ставились на различных площадках мира.
Дебютной работой в кино в 1965-ом стал фильм «Что нового, киска?», в котором перед Алленом стояла задача переработать существующий сценарий, а также была предоставлена маленькая роль. В итоге, благодаря его усердию фильм стал вполне успешной эксцентричной комедией, и Аллен решает попробовать себя в качестве режиссера и сценариста в одном скромном проекте. После очередного небольшого проекта Аллен приходит к тому, что ему больше по душе контролировать весь процесс и максимально делать фильм самому. Как результат, последующее творчество Аллена представляет собой яркий пример «авторского кино», ведь он сам пишет сценарий, сам режиссирует и сам снимается в главной роли многих своих фильмов. Аллена также называют создателем жанра «интеллектуальной комедии». Первыми попытками самостоятельных работ были фильмы «Хватай деньги и беги» , «Бананы», «Все, что вы всегда хотели знать о сексе, но боялись спросить», «Спящий», «Любовь и смерть». В 1972-м Вуди Аллен сыграл главную роль в киноверсии своего спектакля «Сыграй еще раз, Сэм». А в 1977-м выходит фильм «Энни Холл», получивший четыре премии «Оскар», в котором происходит поворот к более искушенному юмору и глубокой драме.
Следующими успешными работами становятся драмы «Интерьеры» и «Манхэттен». Вуди Аллен всегда удивлял своей плодотворностью, так и в кино его работы следуют одна за другой. В 80-х он еще больше переходит к сочетанию трагичных и комичных элементов. Так, фильм «Ханна и ее сестры» получает три премии «Оскар». В 90-х Аллен много экспериментирует с разными стилями, демонстрируя свою литературную и кинематографическую эрудицию. В этот период выходят «Мужья и жены», «Пули над Бродвеем», «Все говорят, что я люблю тебя», «Сладкий и гадкий». Начало 2000-х не слишком задалось в творчестве Вуди Аллена, но зато в 2005-ом выходит фильм «Матч-пойнт», ставший одним из самых успешных его фильмов за последние десять лет. Позже в Лондоне были снять ленты «Сенсация» и «Мечта Кассандры». После, отмечая, что в США стало тяжело снимать хорошие маленькие картины, Вуди Аллен перебирается в Испанию, где снимает «Вики Кристина Барселона», следующей же успешной работой стала «Полночь в Париже». Стоит отметить, что Аллен обычно не включает свои фильмы в конкурсные программы кинофестивалей. Он также не посещает и церемонии награждения премией «Оскар».