Née Mary Jane Hayes à Charleston, en Virginie-Occidentale, elle a obtenu son diplôme en 1948 du lycée Calvin Coolidge. Hayes a remporté le titre de Miss District de Columbia. Elle a ensuite représenté Washington D.C. au concours Miss America de 1949. Bien qu'elle n'ait pas remporté la compétition, cela lui a offert l'opportunité de travailler à la télévision locale avant de s'installer à Hollywood pour travailler pour Universal Pictures en 1954. Adoptant le nom d'Allison Hayes, elle a joué de petits rôles dans quelques films chez Universal pendant quelques années. En 1955, elle a intenté un procès contre le studio pour les blessures qu'elle avait subies lors du tournage de son deuxième film, SIGN OF THE PAGAN. Universal l'a libérée de son contrat, et elle a ensuite été engagée par Columbia Pictures.
Après avoir joué dans plusieurs films de Columbia, notamment COUNT THREE AND PRAY, MOHAWK et WOLF DOG, Hayes a obtenu le rôle principal dans ATTACK OF THE 50 FOOT WOMAN (1958). Le film allait finalement acquérir un statut de film culte et devenir la performance pour laquelle elle est surtout connue. Cependant, cela n'a pas propulsé sa carrière à l'époque. Pendant plusieurs années, elle a continué à travailler régulièrement au cinéma et à la télévision, notamment dans un long passage dans le feuilleton « General Hospital » et plusieurs apparitions dans la série « Perry Mason » de son ami Raymond Burr.
À partir du milieu des années 1960, cependant, la carrière d'Allison Hayes s'était pratiquement arrêtée et elle était accablée par des problèmes de santé. Elle admettrait plus tard que la douleur de sa maladie l'avait menée à envisager le suicide, et que ses symptômes n'avaient pas été pris au sérieux par les médecins. Après avoir lu des articles sur l'empoisonnement au métal chez les ouvriers d'usine et en reconnaissant la similitude entre les symptômes décrits et les siens, elle a engagé un toxicologue pour tester un supplément de calcium qu'elle prenait depuis longtemps. Les tests ont révélé que les comprimés contenaient une quantité extrême de plomb, et que Hayes souffrait probablement d'un empoisonnement au plomb. Elle a lancé une campagne pour pousser la Food and Drug Administration à interdire ce supplément, mais son état s'est détérioré jusqu'à une incapacité totale. En 1976, on lui a diagnostiqué une leucémie, et elle a commencé un traitement du cancer régulier. Allison Hayes est décédée le 26 février 1977 au UCSD Medical Center à La Jolla, en Californie, peu de temps avant son 47e anniversaire. Dans une lettre arrivée après sa mort, la FDA l'a informée des modifications apportées aux lois régissant l'importation de suppléments nutritionnels, en grande partie grâce à son plaidoyer.
