Lily Rose Beatrice Allen naît dans le quartier d'Hammersmith, au sud-ouest de Londres, le 2 mai 1985. Ses parents, l'acteur Keith Allen et la productrice de cinéma Alison Owen, se séparent lorsque Lily atteint ses quatre ans. Elle passe son enfance au sein d'une large fratrie de sa famille recomposée et se fait renvoyer de plusieurs écoles pour usage de stupéfiants.
La gamine précoce qui a pour parrain et marraine Joe Strummer (The Clash) et Tessa Pollitt (ex-Slits) hésite alors entre une passion pour l'horticulture et une carrière facile dans la chanson. Son père sert d'intermédiaire pour un contrat avec Warner Music qu'elle décroche en 2002, sans retombées majeures.
Passée en 2005 chez Regal Records, la filiale d'EMI lui propose d'enregistrer un album fait sur-mesure : elle renonce à perdre son identité et préfère divulguer ses maquettes sur sa page MySpace en novembre. Le mouvement de bouche à oreille se développe rapidement autour de sa vie racontée par le menu et de la chanson « LDN » téléchargée sur plusieurs sites. La revue anglaise New Musical Express s'empare de l'affaire, et les autres medias emboîtent le pas. Le titre sort en single et Lily Allen, à l'aise devant les micros comme sur scène, se voit proposer un show radiophonique puis une tournée d'été pour promouvoir son premier album Alright, Still (2006).
En France, la promotion est assurée par son titre « Smile » qui est utilisé pour la publicité du fournisseur d'accès Club-Internet. Peu avare en commentaires, ses prises de position sur divers sujets sociaux ou sur ses consoeurs sont fréquentes, entretenant ainsi un certaine popularité dans les journaux britanniques.
Après moult péripéties abondamment relayées par ces tabloïds, Lily Allen repart à l'assaut des charts avec un nouvel album à la production plus lisse signée Greg Kurstin (The Bird and the Bee), mais au ton toujours aussi impertinent. Les comptines légères et acides de It's Not Me, It's You (février 2009) ne manquent pas leur cible, et son succès immédiat confirme son statut de star acquis en si peu de temps.
En 2012, Lily Allen annonce qu'elle est de nouveau en studio avec Greg Kurstin pour les séances de son troisième album. En novembre 2013 sort une version de « Somewhere Only We Know », une reprise du groupe Keane, qui devient son nouveau tube. L'album qui suit en mai 2014, intitulé Sheezus, se veut une allusion à Kanye West et à son propre album Yeezus. C'est aussi son troisième album d'affilée à se classer numéro un au Royaume-Uni (n°12 aux États-Unis).
Une nouvelle pause de quatre années est consacrée à sa vie familiale avec son mari Sam Cooper et son deuxième enfant avant un retour en studio pour l'enregistrement de son quatrième album. Entourée d'une équipe de producteurs comprenant BloodPop, Dre Skull, Fryars, Ezra Koenig, Mark Ronson et Cass Lowe, Lily Allen réalise No Shame, paru en juin 2018, dont le style electro-pop se marie à diverses influences dont le rap sur le duo « Trigger Bang » avec l'Anglais Giggs, qui en est le premier extrait.
