Il passe presque toute sa carrière à la Marine Biological Association de Plymouth. De janvier 1895 à 1936, il est directeur de la bibliothèque de l’association. Il dirige des recherches sur l’embryogénèse des cétacés. Allen s’intéresse à la régénération. En 1910, Allen met au point une technique pour préparer de l’eau de mer artificielle afin de pouvoir élever des larves aquatiques. De son mariage en 1859 à Emma Johnson il a cinq fils et trois filles.
