Она появилась на свет 19 февраля 1931 года в Москве в простой семье: отец был работником райпищеторга, мать заведовала хозяйством в детском саду. Родители назвали её в честь популярной актрисы Аллы Тарасовой, но даже и подумать не могли, что однажды их дочь будет не менее знаменитой. Сама Аллочка в детстве мечтала стать дворником, но всё изменил случай: ассистенты режиссёра заметили симпатичную девочку на улице и пригласили сняться в массовке. С тех пор школьница Ларионова стала частым гостем на «Мосфильме» и промелькнула во многих картинах.
Получив аттестат, девушка отправилась штурмовать театральные вузы. В ГИТИС её не приняли, да и во ВГИКе чуть было не забраковали: знаменитый Сергей Герасимов назвал абитуриентку «некрасивой и нефотогеничной» и только с подачи супруги Тамары Макаровой согласился дать Ларионовой шанс. Доверие педагогов молодая актриса оправдала в полной мере. Ещё студенткой Ларионова получила роль Любавы в сказке Александра Птушко «Садко». Картина имела большой успех не только в СССР, но и за рубежом: на Венецианском фестивале лента получила «Серебряного льва», а исполнительницу главной роли в иностранной прессе называли «самой молодой, самой весёлой, самой красивой».
Очаровательная актриса привлекла внимание самого Чарли Чаплина: он пригласил её сниматься в новый фильм без проб, но советские чиновники заявили, что у Ларионовой график расписан на десять лет вперёд.
После грандиозного дебюта у Аллы Ларионовой не было отбоя от режиссёров. Она блеснула в драме «Анна на шее» и появилась в образе графини Оливии в комедии «Двенадцатая ночь». На пробах в эту картину актриса случайно встретилась в коридорах «Ленфильма» с министром культуры Георгием Александровым и получила неожиданное приглашение на ужин. В банкетном зале все собравшиеся не отрывали глаз от молодой спутницы министра, а уже на следующий день весь «Ленфильм» шептался у неё за спиной.
Выдумки завистников о том, как Александров купал Ларионову в ванне в шампанским, облетели весь актёрский мир. Впоследствии этот скандал использовали политические оппоненты министра, чтобы сместить его с должности.
Ещё во ВГИКе в первую красавицу курса Аллу Ларионову влюбился подающий надежды актёр Николай Рыбников. Популярная девушка его ухаживания принимала прохладно и предпочитала более эффектных поклонников. Коля не отступал — признавался в любви, слал телеграммы, но каждый раз натыкался на стену равнодушия. Несчастный влюблённый так отчаялся завоевать сердце Аллочки, что решил повеситься.
За подготовкой его застал мэтр Сергей Герасимов и закричал на весь институт: «Это додуматься надо — вешаться из-за жабы!». После мужского разговора с опытным педагогом о попытках самоубийства Рыбников больше не думал. Но и успокоиться по поводу Ларионовой не мог. Так в муках безответной любви прошло около восьми лет.
Их судьбу решил третий человек. Алла Ларионова была влюблена в знаменитого ловеласа Ивана Переверзева и уже ждала от него ребёнка, когда тот повторно женился на своей второй жене — актрисе Надежде Чередниченко. Ларионова порвала отношения с предавшим её актёром и попросила подружку невзначай сообщить Рыбникову о том, что она свободна. Уже через несколько дней они подали заявление в ЗАГС.
Дочь Переверзева Алёну Николай Рыбников любил не меньше, чем свою собственную Арину, которая родилась через четыре года. Брак получился крепким и счастливым — супруги прожили вместе 33 года.
В 70-е популярность Аллы Ларионовой резко пошла на спад. Поговаривали, что причиной стала авария, в которую актриса попала вместе со знаменитым коллегой Георгием Юматовым. По легенде, актёр был пьян, когда решил отвезти Ларионову домой со съёмок. По дороге он неудачно затормозил — в результате актриса сильно ударилась головой и рассекла губу, получив на всю оставшуюся жизнь некрасивый шрам, из-за которого старалась больше не появляться на экране.
В 1990 году после сердечного приступа скончался 59-летний Николай Рыбников. Алла Ларионова пережила супруга ровно на десять лет: 69-летняя актриса ушла из жизни в 2000 году после обширного инфаркта. Старшая дочь актёров Алёна стала режиссёром монтажа на телевидении, вышла замуж, но брак оказался бездетным.
Судьба младшей дочери Арины сложилась трагически: в юности девушка снялась в фильме «Вторая весна», но затем попала в сомнительную компанию и пристрастилась к спиртным напиткам. В последние годы Алла Ларионова уже не могла ужиться с дочерью и даже разменяла квартиру. 42-летняя Арина пережила мать всего на четыре года.
