Nel 2009, ai Mondiali di Berlino, vinse la medaglia d'oro nei 200 metri, aggiudicandosi così gli ultimi 3 mondiali consecutivi di questa specialità (2005, 2007 e 2009). Oltre al titolo dei 200 metri, Allyson Felix conquistò anche l'oro nella staffetta 4×400 metri, totalizzando così ben sei ori in carriera ai campionati del mondo. L'anno successivo vinse anche il suo primo titolo indoor, nella staffetta 4×400 metri, durante i Mondiali indoor di Doha.