Sie ist ein Südstaatenkind, geboren in Tennessee, aufgewachsen in New Mexico, zum Studieren geht sie nach Kalifornien. Dort lässt sie sich zur Biochemikerin ausbilden und bereitet sich auf das Medizinstudium vor. Doch dann geht sie für ein Semester nach Großbritannien und da geschieht es dann: Profiler-Star Ally Walker findet Gefallen an der Schauspielerei und legt ihre wissenschaftliche Karriere auf Eis.
Ihre erste Rolle ergattert sie 1988 in der Komödie „Aloha Summer“, aus der sie dann in der fertigen Version zwar rausgeschnitten wird, aber wen interessiert das schon, wenn man die Rolle in einer der bekanntesten US-Seifenopern schon sicher hat? Ally Walker ist in knapp 100 Episoden von „California Clan“ als Andrea Bedford zu sehen.
Doch schon ziemlich schnell danach entdecken die Castingagenturen, dass die Newcomerin ein Gesicht für Krimi hat. Sie absolviert Gastauftritte bei „Matlock“ und „L.A. Law“ und übernimmt 1993 eine Hauptrolle in der Krimiserie „Moon Over Miami“. Die Serie überlebt zwar nur eine Staffel, aber die Karriere der Schauspielerin geht erst los. 1996 zieht sie den Jackpot mit der Hauptrolle der Dr. Samantha 'Sam' Waters in der Serie Profiler, die bis 1999 läuft.
Nach weiteren, zahlreichen Gastauftritten, unter anderem bei Law & Order: Special Victims Unit und Southland findet sie bei den Sons of Anarchy ein neues Serienzuhause, oder besser gesagt, neue interessante Kriminelle, die sie bekämpfen kann.
Anschließend versucht Ally Walker sich in zwei glücklosen Krimiserien als Ermittlerin, in der Lifetime-Serie The Protector (2018) und als Mutter einer Ermittlerin in der französisch-amerikanischen Serie Taxi Brooklyn, die beide nach der ersten Staffel abgesetzt wurden.
2015 ist sie in der vierten Staffel der Serie Longmire zu sehen, die von Netflix wiederbelebt wurde, nachdem der Sender A&E sie nach der dritten Staffel absetzte. 2017 hat sie einen Platz im Stammcast der Serie Ghosted inne.
In den 1980er Jahren geht die Schauspielerin ihre erste Ehe ein, der Versuch mit Craig Sexton geht schief. Der zweite Anlauf hält länger, 1997 heiratet sie den NBC-Produzenten John Landgraf in einer Zeremonie im Haus ihrer Eltern in Santa Fe. Das Paar hat drei Söhne.