D'orige judeu, va nàixer en el districte del Bronx de Nova York, encara que passà l'infància en Brooklyn. Als catorze anys deprengué a tocar el clarinet i a setze anys ya escomençà a escriure succeïts per al New York Post, el primer dels quals es publicà el 25 de novembre de 1952. En l'any 1953 fon contractat per un agent publicitari per a escriure succeïts, i durant un any seguí diversos cursos en l'Universitat de Nova York, que no acabà. Despuix de treballar de guioniste en programes de ràdio i televisió, escomençà a ser reconegut per escriure gags per a l'humoriste Sid Caesar, el primer dels quals fon emés el 2 de novembre de 1958.
Woody Allen en el compnyers de "Broadway de Play It Again, Sam" (1969)
En l'any 1960 debutà com a humoriste en el club Blue Angel, i en 1963 ya era reconegut en tot el país gràcies a una gira. Debutà en el cine com a guioniste i actor en un paper secundari en What's New Pussycat? (¿Que n'hi ha de nou, Pussycat?) (estrenat en els Estats Units el 22 de juny de 1965). En l'any 1966 estrenà la seua primera obra de teatre, Don't drink the water i va publicar uns primers contes en la revista New Yorker. Com a director la seua primera película fon: Agarra els diners i corre (estrenat el 18 d'agost de 1969) i la seua consagració li va arribar en Annie Hall (estrenat el 20 d'abril de 1977), per la qual conseguí quatre premis Òscar, que no anà a rebre perque el mateix dia tenia un concert en la seua banda de jazz.
Estatua dedicada a Woody Allen en Oviedo (Astúries)
És autor d'un atra obra teatral, Torna-la a tocar, Sam (1969) i de tres llibres en els que arreplega els seus contes: Com acabar d'una en la cultura (1971), Sense plomes (1975) i Side effects (1976).Es va relacionar sentimentalment en les actrius Diane Keaton i Mia Farrow, protagonistes de la majoria de les seues películes. D'esta última té un fill, Satchel (naixcut el 10 de decembre de 1987), pero es separà despuix d'un gran escàndal, en l'any 1993, al fer-se públic la relació que mantenia en la filla adoptiva de Mia Farrow (que llavors era la seua parella oficial), Soon-Yi Previn, en la qual s'acabà casant el 22 de decembre de 1997. Com a director, i fins a l'any 2005, realisà 35 películes. Recentment, ha fet una película en Barcelona en Scarlett Johansson, Penélope Cruz i Javier Bardem, que s'ha estrenat en la primavera d'hivern de l'any 2008.
Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Woody Allen.