L'Allosaurus était le théropode le plus répandu dans la vaste étendue rocheuse de l'Ouest américain appelée la Formation de Morrison, qui comptait 70 à 75 % de Théropodes se situant ainsi au sommet de l'échelle alimentaire. Cette formation était délimitée par des déserts arides au sud-ouest, par des rivières et des plaines inondées ou bien encore par des marécages au nord.
Il leur arrivait de chasser en groupe, les femelles, plus grosses que les mâles, dirigeant l'attaque. De nombreux squelettes retrouvés présentent des fractures car ils se blessaient souvent.
D'après Bakker, les Allosaures se seraient spécialisés dans la capture des Sauropodes qui devenaient de plus en plus gros, lents et nombreux au cours du Jurassique. Les Allosaures chassaient les Sauropodes en meute et se servaient de leurs mâchoires comme de haches pour meurtrir les pattes de leurs énormes proies. Les muscles permettant la fermeture des mâchoires étaient peu développés, aussi les Allosaures n'étaient pas en mesure de broyer les os de leurs victimes comme le faisaient les Tyrannosaures asiatiques et américains. Ils se contentaient en effet de taillader leur chair grâce à leurs dents finement crènelées jusqu'à ce que le Sauropode meure exsangue ou d'épuisement. Ce régime spécialisé surnommé « brontophagie » permit aux Allosaures de se maintenir en haut de la chaine alimentaire durant tout le Jurassique, période où les Sauropodes prospéraient. Mais au Crétacé, lorsque la plupart de ceux-ci disparurent, les Allosaures alors incapables de s'adapter disparurent en même temps. Toutefois les Sauropodes survécurent en Amérique du Sud et en Afrique grâce à leur isolement géographique, ce qui permit à la brontophagie de se maintenir sous la forme des Carcharodontosauridés, une famille de Théropodes géants dérivés des Allosaures jurassiques.