Аллен родилась в городе Кэрроллтон штата Иллинойс в семье учительницы Ратрисии Хоуэлл и агента ФБР Кэрролла Томпсона Аллена.
Она провела первые 10 лет своей жизни путешествуя по стране вместе со своими родителями и двумя сёстрами. После окончания школы DuVal Senior High School в Мэриленде, будущая актриса переехала в Нью-Йорк, где изучала искусство и дизайн в Fashion Institute of Technology. Впоследствии она также посещала Мэрилендский университет и проводила время, путешествуя по Южной и Центральной Америке.
В 1974 году Аллен присоединилась к театральной группе, а через три года вновь вернулась в Нью-Йорк, чтобы начать занятия в Театральном институте Ли Страсберга.КарьераАллен в 2006 годуВ 1978 году состоялся её кинодебют в кинокомедии «Зверинец» , а в 1981 году фильм Стивена Спилберга «Индиана Джонс: В поисках утраченного ковчега» принёс актрисе премию «Сатурн» в категории «Лучшая актриса» .
В 1982 году состоялся дебют Аллен на Бродвее в пьесе Уильяма Гибсона «Понедельник после чуда» . После нескольких ролей в небольших фильмах в 1984 году она снялась в одной из главных ролей в научно-фантастическом фильме «Человек со звезды» с Джеффом Бриджесом. За роль Дженни Хейден, вновь повстречавшейся со своим погибшим мужем, Аллен получила номинацию на «Сатурн» .После перерыва, в течение которого актриса играла в основном на сцене, в 1987 году она приняла участие в киноверсии пьесы Теннесси Уильямса «Стеклянный зверинец» , режиссёром который был Пол Ньюман, а главные роли исполнили Джон Малкович и Джоан Вудворд. А через год сыграла подругу персонажа Билла Мюррея в комедии «Новая рождественская сказка» .
В середине 90-х, вместе с Кристофером Уокеном и Берджесом Мередитом, снялась в компьютерной видеоигре "Ripper", компании Take-2.
На тот момент, это был один из самых дорогих комьютерных квестов, с большим количеством полноэкранного видео и заглавной композицией от группы Blue Oster Cult".
В 2000 году снялась в одной серии сериала "Закон и Порядок: Специальный корпус"(2-ой сезон, 21 серия).
В 2008 году Аллен вновь вернулась на экран в роли девушки Индианы Джонса в фильме «Индиана Джонс и Королевство хрустального черепа» .Личная жизньВ 1989 году Аллен вышла замуж за американского актёра Кейла Брауни, вместе с которым играла в телефильме «Челленджер» .
В 1990 году у пары родился сын Николас, а в 1998 Аллен и Брауни развелись.После рождения сына актриса была сосредоточена в основном на его воспитании и появлялась на экране лишь в небольших ролях.Увлечение вязанием послужило причиной для основания в 2003 году текстильной компании Karen Allen Fiber Arts в штате Массачусетс.