Alyson Michalka ist in Torrance in Kalifornien geboren und mit ihrer Schwester Amanda in Seattle aufgewachsen. Sie hat deutsche Wurzeln. Ihre Mutter Carrie ist Musikerin und Mitglied einer christlichen Band namens JC Band. Alyson heißt mit zweiten Namen Renae und wird Aly, Kookaburra oder Slinky genannt. Sie und ihre Schwester wurden christlich erzogen und zu Hause unterrichtet. Mit fünf Jahren hat sie Klavierspielen gelernt und begann zu schauspielern. Sie stand damals für kirchliche Stücke auf der Bühne. Mit elf hat sie Schauspielunterricht genommen und arbeitete als Model. Sie trat in Musicals wie „Jailhouse Rock“ und „A Time to Remember“ auf. Mit dreizehn Jahren lernte sie Gitarre spielen.
Kurz darauf hatte sie ihr Debüt im Fernsehen als Keely Teslow in der Disney Channel-Serie Phil of the Future. Für ihre Rolle wurde sie als beste Junghauptdarstellerin für die Young Artist Awards nominiert. Im Jahr 2005 nahm sie mit ihrer Schwester ihre erste Platte auf „Disneymania, Vol. 3“, das Pop-Duo nannte sich Aly & AJ, mittlerweile bekannt als „78violet“. Danach folgten einige Songs für Disney-Filme wie „Herbie Fully Loaded“ in dem Lindsay Lohan die Hauptrolle spielte und ebenfalls für den TV-Film „Now Yoe See It“, in dem Alyson die Hauptrolle übernahm. Dann war sie in der Serie Disney 411 als Gast zu sehen. Im Jahr 2006 spielte sie mit ihrer Schwester in den TV-Filmen „Haversham Hall“ und „Cow Belles“.
Es folgte eine weitere Platte des Duos „Into the Rush“, gefolgt von dem Film „Ally & AJ in Concert“, bei dem die 16 jährige Alyson auch Regie führte . Die Geschwister bekamen für das Album Platin. 2006 tritt Alyson in zwei Episoden Disney 365 auf. Im Jahr 2007 folgt das Leinwanddebüt der beiden Schwestern in der MTV-Komödie „Super Sweet 16: The Movie“. 2009 ist Alyson in der Komödie „Bandslam“ in der Hauptrolle neben Vanessa Hudgens, Gaelen Connell und Lisa Kudrow zu sehen. Im Jahr 2010 spielt sie eine Nebenrolle in der romantischen Komödie „Easy A“. Als nächstes folgt der Horrorfilm „The Roommate“ an der Seite von Leighton Meester.
Seit 2010 ist sie in der Hauptrolle als Marti Perkins in dem Comedy-Drama Hellcats zu sehen. Sie spielt eine Jurastudentin, die, um ein Stipendium zu bekommen, dem legendären Cheerleader-Team Hellcats beitritt.
Zusätzlich zu ihrer Schuspiel- und Musikkarriere zeichnet Alyson Michalka gerne und hat für die Bücher „Aly & AJ's Rock'n Roll Mystery“ als Illustratorin mitgewirkt. Gemeinsam mit ihrer Schwester ist sie eine Partnerschaft mit PDP eingegangen, mit der sie Video-Games-Zubehör für weibliche Spieler rausbringen wollen. Außerdem engagiert sich Alyson für gemeinnützige Zwecke und unterstützt die „Race to Erase MS“ sowie die „Elizabeth Glaser Pediatric Aids Foundation“. Elizabeth Glaser, die Ehefrau von Paul Michael Glaser (Starsky & Hutch) wurde 1981 durch eine Bluttransfusion bei der Geburt ihres ersten Kindes mit dem HI-Virus infiziert und - weil damals noch nicht diagnostiziert - infizierte ihr Neugeborenes. Später brachte sie ein weiteres Kind bereits mit HI-Virus infiziert zur Welt.
Alyson Michalka lebt derzeit in Los Angeles.