Karen Jane Allen nació en Carrollton, en el sur rural de Illinois, a Patricia (Howell), maestra, y Carroll Thompson Allen, agente del FBI. Karen pasó sus primeros 10 años viajando por el país con sus padres y dos hermanas. Ella siempre fue "la chica nueva en la escuela". La actuación realmente no cruzó la mente de Karen hasta los 20 años cuando vio una producción teatral de 'Jerry Grotowski' que la impresionó tanto que instantáneamente decidió darle una oportunidad. Se formó como actriz clásica y se inscribió en el Actors Studio y con Lee Strasberg en Nueva York. Durante este período ella hizo varias películas estudiantiles y dirigió y actuó en varias obras de teatro. En 1976 hizo su primera aparición en el cine en la galardonada película pequeña The Whidjitmaker (1976).
Su primer papel importante en el cine fue "Katy" en Desmadre a la americana (1978) que llamó la atención de un tal Steven Spielberg . Luego la eligió como la heroína combativa y coprotagonista de Harrison Ford en su gran éxito de taquilla presupuestal En busca del arca perdida (1981), que se convirtió en un gran éxito en 1981-82 y es considerada por muchos como la mejor película de acción y aventura jamás se ha hecho.