Allyson Michelle Felix est née le 16 novembre 1985 à Los Angeles (Californie). Elle est une athlète spécialisée dans les épreuves de sprint, notamment le 200 mètres et le relais 4 × 100 mètres.
Elle a commencé la pratique de l'athlétisme à l'âge de neuf ans, sous la direction du coach Bob Kersee, époux de l'athlète américaine Florence Griffith Joyner. Elle a remporté ses premiers titres nationaux en junior et en junior elite en 2001 et 2003.
Lors des Jeux olympiques d'été de 2004 à Athènes, elle a remporté la médaille d'or du relais 4 × 100 mètres avec ses coéquipières Lauryn Williams, Torri Edwards et Miki Barber. Elle a également remporté une médaille de bronze sur 200 mètres, battue par l'Australienne Athlete et la Jamaïcaine Veronica Campbell-Brown.
En 2005, elle s'impose comme l'une des athlètes les plus prometteuses du monde en remportant le titre mondial du 200 mètres aux Championnats du monde d'athlétisme de Helsinki. Elle a également participé au relais 4 × 100 mètres, remportant une médaille d'argent.
Lors des Jeux olympiques d'été de 2008 à Pékin, elle a remporté deux médailles d'or, sur le 200 mètres et le relais 4 × 100 mètres. Elle s'est imposée sur 200 mètres avec un temps de 21,82 secondes, devant Lauryn Williams et Shawn Crawford. Sur le relais 4 × 100 mètres, elle a battu le record du monde en 41,05 secondes avec ses coéquipières Lauryn Williams, Kerron Stewart et Beverly McDonald.
En 2011, elle a remporté son troisième titre mondial sur 200 mètres aux Championnats du monde d'athlétisme de Daegu. Elle s'est imposée avec un temps de 21,88 secondes devant les Jamaïcaines Veronica Campbell-Brown et Shelly-Ann Fraser-Pryce.
En 2012, elle a participé à ses troisièmes Jeux olympiques d'été à Londres. Elle a remporté la médaille de bronze sur le 200 mètres et une nouvelle médaille d'or sur le relais 4 × 100 mètres avec ses coéquipières Tianna Bartoletta, Bianca Knight et Carmelita Jeter.
En 2016, elle a participé à ses quatrièmes Jeux olympiques d'été à Rio de Janeiro. Elle a remporté sa quatrième médaille d'or sur le relais 4 × 100 mètres avec ses coéquipières Tianna Bartoletta, Tori Bowie et English Gardner. Elle a également terminée deuxième du 200 mètres, battue par la Jamaïcaine Elaine Thompson.
Allyson Felix est considérée comme l'une des plus grandes athlètes de son pays, avec un palmarès exceptionnel sur le 200 mètres et le relais 4 × 100 mètres. Elle a battu le record du monde sur ce relais à trois reprises, en 2005, 2008 et 2012. Elle est également détentrice du record du monde junior sur 200 mètres depuis 2003.
Elle a été mariée au joueur de football américain Kenneth Ferguson de 2013 à 2018 et a une fille, Camryn, née en 2018. Elle est également très impliquée dans des actions caritatives et soutient plusieurs associations à but non lucratif.