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, нo 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 (англ. 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 Тамары Дэвис (Tamra Davis). 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 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.