Pályafutása egy kis vidéki középiskolában kezdődött, ahol matematikát tanított. Később az IBM-nél vállalt állást, csak addig akart itt maradni, amíg a tanulmányi kölcsönét vissza tudja fizetni, de beleszeretett a számítástechnikába.

Az elmúlt 50 évben a számítógépek összezsugorodtak, a hálózatok kiterjedtek, új számítógépes nyelvek születtek – és Fran együtt lélegzett velük. Több évtizeden át kiemelkedő eredményeket ért el a programnyelvek területén, munkája nagy hatással volt a számítástechnikával foglalkozó közösségre. Specialitása a fordítóprogramok, azok optimalizálása, a programnyelvek. A program optimalizálással foglalkozó korai munkái szakmai alapművek.

Több programozási nyelvet dolgozott ki, amelyek a számítógéptudomány fejlődését nagymértékben segítették. Részt vett az első automatikus hibaszűrő rendszer kifejlesztésében, és a Stretch/HARVEST program keretében kifejlesztette az Alpha elnevezésű, fejlett kódtörő nyelvet. 

Fran Allen mindig fontosnak tartotta a fiatal generáció, és különösen a nők motiválását, tapasztalatainak, tudásának átadását. Amikor belépett az IBM kutatási részlegéhez, ez a mentori gyakorlat nem volt még elterjedt, ő azonban rendkívül nagy súlyt helyezett arra, hogy formális és informális módon is nevelje az új alkalmazottakat. Elkötelezettsége és eredményes tevékenysége láttán az IBM vezetősége Fran Allen díjat alapított, amelyet azok a szakmabeli nők kapnak, akik példás elkötelezettséget mutatnak női kollegáik fejlődése iránt. 

„Fran Allen a számítástechnika igazi úttörője. Örömmel látjuk, hogy szakmai kollégái a világon mindenütt elismeréssel tekintenek rá. Követendő példa lehet valamennyi, a számítástechnika területén boldogulni akaró nő számára” – mondta Paul Horn, az IBM alelnöke. 

Dr. Allen több tudományos egyesület tagja, elnökségi tagja az Anita Borg Institute for Women in Technology, a National Center for Women and Information Technology és a CRA-W-nek (utóbbi a Computer Research Association keretén belül törekszik arra, hogy növelje a nők számát a szakmában).

2007-ben ő volt az első nő, aki megkapta a számítástechnikábam legkomolyabbnak tekintett elismerést, a Turing-díjat.

Műszaki érdeklődése mellett Fran környezetvédelmi problémákkal is foglalkozik, valamint szenvedélyes hegymászó. Tagja amerikai és a kanadai hegymászó kluboknak, Északi-sarki és tibeti expedíciókon vett részt. 

2020. augusztus 4-én hunyt el.