Den 58-årige planerar att utveckla ett gigantiskt flygplan som skulle sätta rymdskepp i omloppsbana, snarare än att lyfta dem från en uppskjutningsplatta.
Andra moguler är också med i den privata rymdtävlingen, efter att Nasa i år avslutade sitt 30-åriga rymdfärjaprogram.
Virgin Galactic arbetar på ett kommersiellt rymdprojekt som syftar till att flyga passagerare in i sub-orbit till 2013.
Flyg- och rymdpionjär Burt Rutan är partner i Allens projekt, Stratolaunch Systems.
Projektet är det senaste att ledas av Silicon Valley tycoons som tror att de spionerar på en lucka i efterfrågan öppnas genom pensionering av den amerikanska regeringens rymdfärja program.
Medan Nasa satte raketer i rymden från en uppskjutningsplatta, Stratolaunch planen är att avfyra obemannade raketer från högt flygande flygplan, och så småningom utföra bemannade uppdrag också.
Utvecklarna sade att deras flygplan kunde frakta last för den kommersiella satellitindustrin och den internationella rymdstationen.
Det gigantiska planet skulle drivas av sex 747 jumbo jetmotorer och har en vingbredd på 385ft (117m), utvecklare sade.
Det skulle vara bredare än det största flygplanet någonsin, legendariska Hollywood-tycoon Howard Hughes' Spruce Goose.
De första testflygningarna är planerade att påbörjas 2016.
Allen och Rutan sade att de preliminära ritningarna för planet Stratolaunch har sammanställts under loppet av tio år.
Byggandet har påbörjats på en hangar i Mojaveöknen i Kalifornien, sade de.
2004 skapade duon SpaceShipOne, en suborbitalraket som blev det första privatfinansierade, bemannade rymdskeppet.
"När jag växte upp, USA: s rymdprogram var symbolen för aspiration," Mr Allen sade vid en nyhetskonferens i Seattle.
"För mig tog fascinationen med rymden aldrig slut. Jag slutade aldrig drömma om vad som kunde vara möjligt."
Stratolaunch plan kommer att bära en booster raket på magen, att byggas av ett rymdföretag som ägs av Elon Musk av PayPal, som redan har byggt en framgångsrik kommersiell raket.
Andra teknik titaner som har gjort forays in i den privata rymdindustrin inkluderar Jeff Bezos, grundare av Amazon.com.
Brittisk tycoon Richard Branson's Virgin Galactic syftar till att ta passagerare in i sub-orbital utrymme.
Att släppa raketer i rymden är inte en ny teknik, men kan erbjuda mer uppskjutning flexibilitet och minimera väder begränsningar, utvecklare sade.
Det kan också spara på raketbränsle.
Orbital Sciences Corp, ett äldre raketföretag, har använt denna metod för att avfyra nyttolaster som obemannade raketer och satelliter.
Microsoft medgrundare Paul Allen har meddelat planer på att avfyra obemannade raketer och transportera last till rymden.