Элисон Элизабет Пилл родилась 27 ноября 1985 года в Торонто, Канада. О родителях Элисон известно, что её отец финансист и родом из Эстонии. В детстве Элисон занималась балетом, но в возрасте 11 лет она (очевидно, при участии её матери) поняла, что шансов стать профессиональным танцором у неё нет. Потому Элисон Пилл поступила и окончила академию актёрского мастерства в Торонто (Vaughan Road Academy). Вместе со своей матерью Пилл ездила по стране, и участвовала в различных канадских кино и теле постановках («Пси Фактор: Хроники паранормальных явлений», «Полтергейст: Наследие»), озвучивала мультфильмы («Рэдволл»).
В 2001 году Пилл снялась в фильме «Детям до 16» режиссёра Тамры Дэвис. После переезда в Нью-Йорк, Элисон смогла реализоваться на сцене Бродвейского театра.
В 2008 году фильм «Харви Милк», где Элисон Пилл исполнила роль Энн Кроненберг, был номинирован на премию «Оскар» (за лучший фильм) и премию Общества кинокритиков Феникса (Phoenix Film Critics Society Award for Best Cast). В 2009 году журналом «Entertainment Weekly» за роль Эйприл в сериале «Лечение» Элисон была номинирована (лучшая актриса драматического сериала) на «Ewwy Award».
В 2010 году Пилл в роли Ким Пайн принимала участие в съёмках фильма «Скотт Пилигрим против всех» режиссёра Эдгара Райта, снятого по мотивам одноимённой серии комиксов Брайана Ли О’Мэлли. В 2011 году Элисон стала лауреатом премии «Джемини» в категории Лучшая игра второго плана в мини-сериале за роль в «Столпах Земли».
В 2015 году Пилл была приглашена на основную роль в сериал ABC «Семья», играя дочь Джоан Аллен.
С 24 мая 2015 года Элисон замужем за актёром Джошуа Леонардом. 19 ноября 2016 года у пары родилась девочка Уайлдер Грейс Леонард (англ. Wilder Grace Leonard).
