<Родился в семье Фабьена Делона, владельца небольшого кинотеатра с Корсики, и Эдит Делон, фармацевта из Алжира. В 1939 году его родители развелись, и он был помещен в католическую школу-интернат в Иси-де-Мулино. Его шесть раз наказывали за нарушение дисциплины и ошибки в школе. Когда его мать снова вышла замуж за торговца Поля Булона, Аллен стал работать колбасником и помогал отчиму.
Призванный в армию в возрасте семнадцати лет, Аллен служил в Сайгонском арсенале во Вьетнаме и принимал участие в Индокитайской войне. По возвращении со службы в 1956 году он познакомился с Жан-Клодом Бриалем, который пригласил его на Каннский кинофестиваль, где его внешность, физические данные и харизма общения привлекли внимание многих киноактеров. Уже в 1957 году небольшая роль Джо в его первом фильме Quand la femme s'en mêle ("Когда вмешивается женщина") принесла ему успех, который преследовал его на протяжении 87 фильмов. В возрасте 23 лет его уже сравнивали с такими звездами французского кино, как Жерар Филипп и Жан Маре, а также с американским актером Джеймсом Дином.
В 1958 году, во время съемок фильма "Кристина", он встретил Роми Шнайдер, и их помолвка 22 марта 1959 года была воспринята в прессе как праздник молодости, красоты и успеха. Однако, пробыв помолвленными шесть лет, они так и не стали мужем и женой. В 1964 году его первой женой стала актриса Натали Канов, от которой 30 сентября у него родился сын Энтони. После четырех лет брака они развелись. В 1968 году, во время съемок фильма "Джефф", он познакомился с актрисой Мирей Дарк. Их партнерство продолжалось 15 лет, до 1982 года. В 1987 году Аллен встретил голландскую модель Розали ван Бремен. В 1990 году родилась их дочь Анушка, а в 1994 году - сын Аллен-Фабьен. Пара развелась в 2002 году.
В 1964 году он основал кинокомпанию Adel, а с 1968 года работал как продюсер. Снимался в основном в приключенческих и детективных фильмах. В 1981 году снял свой первый полнометражный фильм Pour la peau d'un flic (За голову полицейского).
В 1985 году он стал гражданином Швейцарии и поселился недалеко от озера Леман.
