De son vrai nom Allen Stuart Konisberg, il naît le 1er décembre 1935 à new york, ville pour laquelle il voue un véritable culte, et qui est souvent au centre de ses films. il passe son enfance dans le quartier de Brooklyn, où très tôt, il manifeste une forte tendance à la dérision, par le biais notamment d'une profonde admiration pour Groucho Marx.
Dès l'âge de 15 ans, il écrit des papiers humoristiques sous le pseudonyme de Woody Allen, qu'il conserve tout au long de sa prolifique carrière, et se lance dans le cabaret en 1961 (il se produit aussi bien dans des salles de théâtre que dans les universités et à la télévision). Il vend ses sketches à la chaîne NBC et devient un grand spécialiste du one-liners (gags très courts d'environ une ligne). En 1963, il collabore à un grand show télévisé et y est remarqué par le producteur Charles Fieldman, qui lui demande d'écrire le scénario de Quoi de neuf pussycat ? (1966), Allen y tient même un petit rôle, aux côtés de Peter O'toole et Peter Sellers.
Il faut attendre 1969, pour voir sa première réalisation au cinéma et sur la scène. La pièce s'intitule Tombe les filles et tais-toi, et il en tire un film du même titre 3 ans plus tard. Son premier film, Prends l'oseille et tire-toi, est une sorte de film à sketches comiques. Il continue ensuite dans la voie cinématographique avec Bananas (1971), Woody et les robots (1973) et Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur le sexe sans jamais oser le demander (1972).
En 1975, il réalise son premier film avec Diane Keaton, Guerre et amour. 2 ans plus tard, c'est la consécration pour le couple avec Annie Hall : ils obtiennent, lui en tant que réalisateur, elle en tant que comédienne, trois oscars.
En 1979, New York devient le sujet central de Manhattan. Le film est un chef d'oeuvre et il s'agit sans doute, d'un des plus beaux hommages que le cinéma ait rendu à cette métropole. C'est d'ailleurs avec ce film qu'il connaît l'apothéose, la critique étant dithyrambique et le succès au rendez-vous.
Allen réalise par la suite de nombreux films, au rythme d'un long métrage par an. Parmi ses grandes réussites, citons La rose pourpre du Caire (1985), Hannah et ses soeurs (1986), Crime et délits (1989), Alice (1990), Meurtre mystérieux à Maanhattan (1993), ou encore la comédie musicale Tout le monde dit I love you (1996), avec Julia Roberts. Précisons que Woody Allen est beaucoup plus apprécié en Europe, et particulièrement en France où il possède un vrai public, qu'aux Etats-Unis.
Son oeuvre cinématographique occupe depuis plus de 20 ans, une place singulière dans le cinéma et le nouveau Allen est toujours un événement très attendu et généralement suivi. Le cinéaste est également un très bon clarinettiste, il a même son propre orchestre de jazz le dixieland. La carrière de Woody Allen musicien a par ailleurs fait l'objet d'un film documentaire Wild man blues, réalisé par Barbara Kopple en 1997, et qui a suivi étape par étape, la vie de Allen au cours de la tournée mondiale qu'il a donnée avec son groupe.
En 2005, sort dans les salles Match Point, où il met en scène Scarlett Johansson et Jonathan Rhys Meyers. En 2006 il remet en scène Scarlett Johansson dans son dernier film, Scoop. On le retrouve en 2007 dans Cassandra's dream avec Hayley Atwell et Colin Farrell. En 2008, il présente le film Vicky Cristina Barcelona à Cannes hors compétition, où il a dirigé Penelope Cruz, Javier Bardem et Scarlett Johansson.