Formation
Après des études de lettres, René Allio s'intéresse à la peinture et devient décorateur de théâtre. En 1957, il devient le scénographe de Roger Planchon au Théâtre de la Cité (Villeurbanne). Il conçoit les costumes et les décors des spectacles. Il travaille également pour la Comédie Française, l'Opéra de Paris et le TNP. Sa renommée lui permet de collaborer avec des théâtres étrangers, tels que la Scala de Milan ou la Royal Shakespeare Company de Londres. Il dessine le théâtre de la commune d'Aubervilliers et participe à la conception de la Maison de la Culture de Lyon, le théâtre d'Hammamet (Tunisie), et à la transformation du théâtre Sarah Bernhardt qui devient le Théâtre de la Ville. En 1962, il réalise un film d'animation qu'il intègre à la scénographie du spectacle Les ames mortes, d'Adamov, d'après l'oeuvre de Gogol.
Carrière au cinéma
René Allio poursuit son expérience dans le cinéma en 1963, avec la réalisation d'un court métrage, La meule. En 1965, il passe au long métrage avec La vieille dame indigne, qu'il adapte d'une nouvelle de Bertolt Brecht. Le film reçoit de nombreuses récompenses à travers le monde, et connaît un succès public inattendu. Il constitue le premier volet d'une trilogie complétée des deux films suivants, L'une et l'autre (1967), et Pierre et Paul (1968). Ce cycle témoigne d'une curiosité attentive aux changements dans la vie et les moeurs. Avec Les camisards (1970), reconstitution d'un épisode douloureux de l'Histoire, Allio exprime son souci de rechercher les racines culturelles et historiques de la France contemporaine. Le matelot 512 (1984) participe du même souci. En 1973, il revient aux aspirations de ses débuts, avec Rude journée pour la reine. Cette fable sur des petites gens et leurs rêves, médiocres mais touchants, campe avec justesse la complexité des relations familiales. Elle constitue en outre une satire de ce qui, dans la société de consommation, tend à couper l'individu de ses racines, à lui faire perdre son identité et donc, sa liberté. En 1976, il intègre une dimension psychanalytique à son propos, en réalisant une adaptation d'un fait divers du XVIIIème siècle : Moi, Pierre Rivière, ayant égorgé ma mère, ma soeur et mon frère. Attaché à l'identité propre de chacun face à la globalisation de la société de consommation, René Allio se prend comme sujet d'étude dans deux oeuvres quasi autobiographiques : Retour à Marseille (1979) et L'heure exquise (1980). Son dernier film, Transit (1989), inspiré du livre homonyme de Anna Seghers, est une farouche revendication de la liberté de pensée, d'évocation et de critique personnelle. L'unité de l'oeuvre d'Allio tient à ce besoin de dénoncer "La société-souricière ", devant laquelle il lui semble indispensable de préserver la fidélité à soi-même.
Autres activités
En 1968, René Allio participe à la création de la Société des réalisateurs de films.
En 1979, René Allio crée à Vitrolles un Centre de Création Cinématographique Méditerranéen, ayant pour but de conserver dans la mémoire de toute une région les lieux et le temps de son enfance. Ce centre est à l'origine de ses trois derniers films, mais aussi de Histoire d'Adrien, de Jean-Pierre Denis, du Montreur d'ours, de Jean Fléchet et de Rouge midi, de Robert Guediguian.
Il joue dans un épisode de la série Le Tribunal de l'impossible : Les Rencontres du Trianon ou La dernière rose (1968)