W przypadku transplantacji allogenicznej komórki pochodzą od zdrowej osoby. Dawca otrzymuje zastrzyki czynnika wzrostu równolegle do leczenia przygotowującego stosowanego u pacjenta. 

Komórki macierzyste z krwi lub szpik kostny przeszczepia się w dniu pobrania lub następnego dnia, bez konieczności ich zamrażania i przechowywana. Allogeniczna transplantacja cechuje się większą skuteczności od autologicznej. Ryzyko nawrotu jest mniejsze, nie ma bowiem ryzyka zanieczyszczenia materiału przeszczepowego komórkami nowotworowymi. Może też wystąpić korzystna reakcja immunologiczna przeszczep-przeciw-nowotworowi. Z drugiej jednak strony zabieg jest obciążony większym ryzykiem zagrażających życiu powikłań. Okres regeneracji szpiku jest dłuższy i wynosi zazwyczaj 2-3 tygodni, z czym wiąże się ryzyko zakażeń. 

Powrót układu odpornościowego do pełnej sprawności może trwać kilka miesięcy, a nawet lat, w związku z czym narażenie na infekcje jest również przedłużone w czasie. Częstym powikłaniem jest też choroba przeszczep-przeciw-gospodarzowi. Komórki odpornościowe dawcy mogą, pomimo zgodności HLA, rozpoznawać pewne różnice w organizmie biorcy i je atakować, co objawia się początkowo jako wysypka, biegunka lub żółtaczka. W formie przewlekłej objawy mogą dotyczyć prawie wszystkich narządów i tkanek. Powikłaniu temu zapobiega się stosując leki immunosupresyjne tj. tłumiące odporność. Nie zawsze jednak są one skuteczne. Nie zawsze też skuteczne jest leczenie choroby przeszczep-przeciw-gospodarzowi. Ryzyko śmiertelnych powikłań po allogenicznej transplantacji macierzystych komórek krwiotwórczych wynosi współcześnie 10-20%. Z drugiej strony – jeśli przebieg procedury jest pomyślny pacjent może wrócić do normalnego życia po około 6 miesiącach.