Karen Jane Allen sa narodila 5. októbra 1951 v Carrolltone, v Illinois. Jej otec bol agentom FBI a matka učiteľka. Otcovo povolanie malo za dôsledok to, že prvých 10 rokov svojho života strávila na cestách.
Nasledovali filmy THE WANDERERS a A SMALL CIRCLE OF FRIENDS. V roku 1981 ju preslávila úloha v RAIDERS OF THE LOST ARK po boku Harrisona Forda. Za túto rolu dokonca získala cenu Saturn za najlepšiu herečku. V roku 1982 sa jej podarilo preniknúť aj na Broadway, konkrétne v hre The Monday After The Miracle.
Karen si často dávala prestávky medzi natáčaním filmov, aby sa mohla sústrediť aj na divadlo. Po jednej takej prišiel úspešný sci-fi doják STARMAN. V roku 2008 sa vrátila k sérii o Indiana Jonesovi, ktorá ju najviac preslávila a zahrala si v INDIANA JONES AND THE KINGDOM OF THE CRYSTAL SKULL.
Karen sa v roku 1988 vydala za herca Kale Brownea, s ktorým má syna Nicholasa. Po desiatich rokoch manželstva sa však rozviedli. Odvtedy sa Karen objavuje v blockbusteroch len sporadicky, kvôli výchove Nicholasa, ktorú musí zvládať sama. Popritom však stíha aj učiť herectvo a viesť vlastnú textilnú firmu, Karen Allen Fiber Arts.