Alison Brie wurde am 29. Dezember 1982 in Pasadena im US-amerikanischen Bundestaat Kalifornien als Tochter einer jüdischen Mutter geboren. Ihre ersten Erfahrungen als Schauspielerin machte sie auf der Bühne in einem jüdischen Gemeindezentrum in Kalifornien. Sie schloss daraufhin ein Schauspiel-Studium an der California Institute oft the Arts mit einem Bachelor ab. Für kurze Zeit studierte sie auch Royal Scottish Academy of Music and Drama im schottischen Glasgow.

Alison Brie stand zum ersten Mal für den Kurzfilm „Stolen Poem“ vor der Kamera. Bekannt wurde sie jedoch in der Teenie-TV-Serie „Hannah Montana“, in der sie den Charakter der Azubi-Friseurin Nina verkörperte. Weitere kleine Auftritte hatte sie 2007 in den in Deutschland weniger bekannten TV-Produktionen „Not Another High School Show“, „Born“ und „Dickie Smalls: From Shame to Fame“. Seit 2007 ist sie in der von Matthew Weiner produzierten, preisgekrönten TV-Serie „Mad Men“ in der Rolle der Trudy Campbell zu sehen. Ebenso in der seit 2009 laufenden TV-Komödien-Serie „Community“ als Annie Edison. Zudem spielte Alison Brie einige kleinere Rollen in TV- und Kinofilmen wie in dem Drama „Raspberry Magic“ (2010), in „Montana Amazon“ (2011) oder in dem Horror-Slasher „Scream 4“ (2011). 2012 übernahm sie die Rolle von Chris Patts Film-Schwester Suzie in der romantischen Komödie „Fast verheiratet“ an der Seite von Jason Segel und Emily Blunt.