Zu Allmendingers Forschungsschwerpunkten gehören die Soziologie des Arbeitsmarktes und des Lebensverlaufs, soziale Ungleichheit, Sozialpolitik und Organisationssoziologie. Im Fokus ihrer wissenschaftlichen Arbeit stehen zum Beispiel Fragen der Gerechtigkeit zwischen den Geschlechtern sowohl auf dem Arbeitsmarkt als auch innerhalb der Familie. Im Jahr 2020 beschäftigte sie sich intensiv mit dem Einfluss der Coronavirus-Pandemie auf den Alltag von Familien.
Nach dem Soziologiestudium in Mannheim wurde Allmendinger 1989 an der Harvard University (Cambridge, USA) promoviert. Von 1992 bis 2007 war sie Professorin für Soziologie an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Seit 2007 ist sie Präsidentin des Wissenschaftszentrums Berlin für Sozialforschung (WZB) sowie Professorin für Bildungssoziologie und Arbeitsmarktforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin. Seit 2012 hat Allmendinger zudem eine Honorarprofessur im Fach Soziologie an der Freien Universität Berlin inne. Die Wissenschaftlerin wurde vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Bundesverdienstkreuz 1. Klasse der Bundesrepublik Deutschland und mit der Ehrendoktorwürde der Universität Tampere (Finnland). Allmendinger ist Mitglied im Herausgeberrat der deutschen Wochenzeitung DIE ZEIT und seit 2007 Mitglied der Sektion Ökonomik und Empirische Sozialwissenschaften der Leopoldina.
Unter den zehn Päpstlichen Akademien zählt die 1994 gegründete Päpstliche Akademie der Sozialwissenschaften zu den jüngeren. 1603 gegründet, ist die Päpstliche Akademie der Wissenschaften (Pontificia Accademia delle Scienze) hingegen die zweitälteste. Aktuell steht ihr mit Joachim von Braun ein Leopoldina-Mitglied als Präsident vor.