何進表奏王允為從事中郎，不久升任河南尹。漢獻帝劉協繼位后，王允被任命為太仆，兼任尚書令。
初平元年（公元190年）二月，王允代替楊彪擔任司徒，仍然兼任尚書令。
董卓專權，脅迫漢獻帝及王公大臣遷都長安；王允將蘭臺、石室的圖書典籍、清冊緯書，加以整理運往長安。
到長安后，王允又搜集漢朝以前的典章制度，凡是當下能夠施用的，都奏聞獻帝。這些典籍能夠保全，這其中都有王允的功勞。
當時董卓還留在洛陽，朝中政事無論大小，都是王允在處理。王允屈意迎合董卓，每次決定政事都盡可能符合董卓的旨意；
董卓也常推心置腹與王允商討政事，對他沒有絲毫懷疑。因此，王允得以在亂世之中維護漢室，滿朝百官及漢獻帝，都對王允很是倚仗。
當時的公卿大臣對董卓都非常畏懼，見到董卓時全都低聲下氣，只有京兆尹蓋勛見到董卓，長揖行禮而已。董卓讓王允舉薦人才擔任司隸校尉，王允于是舉薦了蓋勛。
王允看到董卓禍亂朝綱，篡逆之心顯露無疑，暗中與司隸校尉黃琬、尚書鄭公業等人密謀誅殺董卓。
王允上表，推薦護羌校尉楊瓚代行左將軍職事，又舉薦執金吾士孫瑞為南陽郡太守，詔令二人率領軍隊出兵武關，以討伐袁術為名，實際上打算兵分幾路討伐董卓，然后護送天子返回洛陽。
董卓心存懷疑，將二人留在長安；王允又推薦士孫瑞擔任仆射，楊瓚擔任尚書。
初平二年（公元191年）四月，董卓率軍抵達長安，追評護送天子入關的功臣，封王允為溫侯，食邑五千戶。
王允推辭不肯接受；士孫瑞勸諫王允，不如接受爵位封賞，借此與董卓周旋。王允聽從，接受食邑二千戶。
初平三年（公元192年）春天，大雨一連下了六十多天，王允與士孫瑞、楊瓚登上高臺祭天祈求放晴，在臺上密謀誅殺董卓。
士孫瑞奉勸王允，從內部分化瓦解董卓的勢力更容易成功，事不宜遲，早下決心。王允于是暗中收買董卓的部將呂布作為內應。
恰逢漢獻帝患病痊愈，朝臣在未央殿聚會慶賀。王允與士孫瑞秘密上奏漢獻帝，派遣士孫瑞手持皇帝密詔授予呂布，詔命誅殺董卓。
呂布與騎都尉李肅率領勇士十余人，偽裝成侍衛在北掖門內埋伏。董卓的車駕進入宮門，李肅等人當即持戟刺殺董卓。
董卓受傷墜車，本想呼叫呂布救駕；呂布掏出詔書傳示眾人，然后殺死董卓。董卓死后，王允又將他夷滅三族。
董卓既死，王允本來打算赦免董卓的部下，呂布也多次勸說王允。但是后來王允又心存疑慮，認為這些人跟隨董卓叛亂，如果定為謀逆之罪再予以赦免，恐怕他們會起叛心，不是好辦法。
呂布又勸諫王允，將董卓搜刮的金錢財物賞賜給朝中公卿、將校，王允沒有答應。王允內心又瞧不起呂布，認為他只是匹夫之勇的劍客。
呂布自認為誅殺董卓有功，常常自我吹捧，看到王允輕視自己，頗感失望，心中漸有不平之意。
董卓死后，王允自以為不會有什么災禍，因此與朝中公卿、將校交往時，不再溫潤和藹；他又依仗重臣身份，不考慮權宜之計，致使朝臣都不愿歸附。
董卓手下將領及擔任官職的多是涼州人，王允打算解散他們的軍隊。有人勸諫王允，認為涼州人忌憚袁氏，畏懼關東義軍，如果貿然解散他們的軍隊，必然人人自危。
可以任命皇甫義真為將軍，率領董卓先前的部眾，讓他們留在陜地，慢慢加以安撫，以觀其變。
王允認為，關東義軍和自己是同一陣營，如果讓涼州的軍隊留在陜地，據險而守，必然會引起關東義軍的疑心。
百姓有傳言稱朝廷要將涼州人全部誅殺；涼州人惶恐不安，在關中的將領紛紛擁兵自重。
董卓部將李傕、郭汜等人此前率領軍隊駐扎在函谷關以東，感自身難保，于是密謀反叛，率軍攻打長安。
叛軍攻破長安，呂布落荒而逃。呂布逃走前，勒馬停在青瑣門外，奉勸王允和自己一起逃走，王允拒絕，表示自己將舍身赴死，不愿茍且偷生。
李傕、郭汜將王允搜捕下獄，不久將他處死。王允去世，終年五十六歲。