Алла Дмитриевна Ларионова родилась 19 февраля 1931 года в Москве. Природа одарила её необыкновенной красотой, словно созданной для стихов. Несмотря на внешнюю привлекательность, сама Ларионова всегда относилась к своей внешности с иронией.
В 1947 году восьмиклассную девочку заметил ассистент режиссёра по актёрам, предложив ей сниматься в кино. Этот случай положил начало её актерской карьере. Ларионову включили в список актеров «Мосфильма«, и она стала участвовать в массовых сценах. Учебу она забросила, но, несмотря на это, успешно закончила школу.
После окончания школы, не раздумывая, Ларионова подала документы в два института: ГИТИС и ВГИК. ВГИК выбрал её, благодаря уговорам Тамары Макаровой и вмешательству Сергея Герасимова. Её актёрский путь начался ещё во время учёбы, и первой её ролью стала работа в фильме «Садко«, который имел огромный успех.
Слава Аллы Ларионовой пришла после участия в фильме «Садко«, который выиграл «Золотого льва» на международном кинофестивале в Венеции. Приглашения из Голливуда последовали, но тогдашние власти не позволили ей сниматься за пределами «железного занавеса». Её настоящим талисманом стала роль в «Анне на шее».
На протяжении карьеры в кино Алла Ларионова сыграла около сорока ролей. Однако её настоящей изюминкой стала чеховская Анна. В последние годы жизни она редко снималась, предпочитая участвовать в спектаклях и фестивалях.
Алла Дмитриевна Ларионова ушла из жизни 25 апреля 2000 года в Страстную неделю, перед Пасхой. Её похоронили на Троекуровском кладбище Москвы, рядом с могилой мужа, артиста Николая Рыбникова.