Allison Williams nació en New Canaan, Connecticut y es hija de la productora Jane Gillan Stoddard y del presentador de NBC Brian Williams.
Estudió en la Universidad de Yale y se graduó en 2010. Decidió ingresar al mundo de la actuación mientras estaba en la universidad gracias al teatro cómico de improvisación Just Add Water, en el que se mantuvo durante cuatro años.
Su fama llegó gracias a un video subido a YouTube en donde hizo un mashup (mezcla) de dos canciones, «Nature Boy» y «A Beautiful Mine», del músico RJD2, el cual es el tema principal de la serie "Mad Men". Su actuación recibió muchos elogios y a partir de allí se hizo un nombre en Hollywood.
Es muy conocida por participar en series y películas como "Girls" de 2012, "Get Out" de 2017 y más recientemente ambas películas de "M3GAN" de 2022 y 2025.