Roberta Allegrini comincia a fotografare giovanissima, in particolare quando, adolescente, lavora in un importante negozio di articoli fotografici a Bologna, sua città natale. Dopo la maturità si iscrive alla facoltà di medicina e contemporaneamente sostiene le prove per accedere al Centro Sperimentale di Cinematografia, di nascosto alla famiglia.

Quando viene ammessa al Centro, nel 1981, si trasferisce a Roma. Appena diplomata, il docente del suo corso Giuseppe Lanci, che lei tutt’oggi considera il suo maestro, le offre di partecipare come aiuto volontaria a un film di Marco Bellocchio, Diavolo in corpo (1986), mentre contemporaneamente le si presenta la possibilità di lavorare, retribuita, per la RAI.

Alla fine la scelta cade sul cinema e segna l’inizio della sua carriera, che, passando attraverso tutti i gradi dell’apprendistato tecnico – da aiuto operatore a operatore di macchina – la porta a diventare direttrice della fotografia. Spesso unisce i ruoli di operatrice alla macchina e direttrice della fotografia nei film e nelle serie tv in cui lavora: Sogni infranti (Marco Bellocchio, 1995), La masseria delle allodole (Paolo Taviani, Vittorio Taviani, 2007), Il paradiso delle signore (dalla terza alla settima stagione, 2018-2023), Vita mia (Edoardo Winspeare, 2024).

Svolge anche ruoli di docente in corsi di formazione per operatori.