Karen Jane Allen lahir di Carrollton, Illinois selatan pada tahun 1951 dari pasangan Patricia Howell, seorang guru, dan Carroll Thompson Allen, seorang agen FBI. Sejak kecil, ia sering berpindah-pindah kota bersama keluarganya, dan sering menjadi 'murid baru' di sekolah. Karena ketertarikan terhadap seni peran baru muncul di usia 20-an setelah menyaksikan pertunjukan teater Jerzy Grotowski.

Allen lalu menjalani pelatihan akting klasik dan bergabung di Actors Studio serta belajar dengan Lee Strasberg di New York. Ia memulai karier dengan film mahasiswa dan panggung, dan membuat debut film kecil The Widdjitmaker pada 1976. Pada 1978, ia tampil dalam film populer National Lampoon's Animal House.

Sejak itu, kariernya berkembang, termasuk peran di film kultus seperti The Wanderers dan Cruising. Pada 1981, ia membintangi Raiders of the Lost Ark arahan Steven Spielberg, yang menjadi film aksi petualangan terbesar dan mengangkat namanya. Setelah kesuksesan besar tersebut, ia memilih hiatus selama dua tahun untuk fokus ke proyek pribadi dan teater.

Di masa itu, Allen meraih penghargaan di Broadway dan tampil di sejumlah film kecil seperti Shoot the Moon dan Split Image. Ia kembali ke layar lebar pada 1984 dengan film Until September dan Starman. Ia terus aktif di dunia seni, tampil di film dan TV, serta menulis karya-karya kreatif. Selain akting, Allen sangat tertarik dengan musik dan menulis puisi dan naskah.

Selain berkarier di dunia seni, Allen adalah seorang musisi, penyanyi, dan penulis. Ia memiliki bisnis yoga dan tinggal di farm di Pegunungan Berkshire serta apartamentos di Manhattan. Ia pernah menikah dengan Kale Browne dan memiliki satu anak. Kini, Allen tetap aktif berkarier dalam film independen dan proyek kreatif lainnya, menunjukkan versatility dan dedikasinya dalam seni.