Completà els estudis del seminari a la Universitat de Cervera, on es doctorà en teologia (1835). Fou ordenat de sacerdot a Vic (1834), on ensenyà matemàtiques i s’interessà per la literatura. Però les seves preferències en aquest període de la seva vida, passat a Catalunya (del 1841 al 1844, a Barcelona), s’orientaren envers l’apologètica i la sociologia, aquella, tractada en opuscles i en llibres sistemàtics, i aquesta, en revistes i assaigs publicats en les revistes barcelonines La Religión, La Civilización (publicada per ell en 1841-43 en col·laboració amb Roca i Cornet i amb Ferrer i Subirana) i La Sociedad (1843-44), redactada per ell tot sol.
Com a apologista, es donà a conèixer arreu d’Espanya amb els opuscles Reflexiones sobre el celibato (Madrid 1839) i Observaciones sobre los bienes del clero (Vic 1840; Barcelona 1840), i a tot Europa amb l’obra El protestantismo comparado con el catolicismo en sus relaciones con la civilización europea (Barcelona 1842-44), sovint reeditada i traduïda al francès, a l’alemany i a l’italià. Un èxit semblant tingueren les Cartas a un escéptico en materia de religión, impreses a Barcelona el 1846, quan Balmes residia ja a Madrid. Cal esmentar també els opuscles més populars: La religión demostrada al alcance de los niños (1841) i la Conversa d’un pagès de la muntanya sobre lo papa (1842). Aquest escrit, interessant per la seva data primerenca, i una mediocre poesia patriòtica en català el lliguen menys a la Renaixença que no pas la fidelitat al català com a llengua íntima, en la qual redactà els seus tres testaments hològrafs.
Balmes és el cap d’una escola apologètica catalana fundada pels seus col·laboradors a La Civilización, per Joaquim Rubió i Ors, pels baleàrics Tomàs Aguiló i Josep M. Quadrado i per altres. Tots ells depenien directament dels apologistes francesos, amb molts dels quals —Ozanam, Lacordaire, Montalembert, Dupanloup— Balmes mantingué una amistat personal, en ocasió dels tres viatges que feu a París, o una freqüent correspondència. El protestantismo ... és un ressò de les polèmiques suscitades a França per François Guizot, sobretot amb el seu llibre Histoire de la civilisation en Europe. Guizot, més historiador, escriví una història ideològica, molts punts de la qual han estat o depassats o precisats per la historiografia posterior: protestantisme i Contrareforma, catolicisme i absolutisme, Il·lustració i liberalisme. Balmes, amb un bagatge històric més elemental, feu una obra d’apologètica polèmica, igualment superada en molts aspectes. Per contrast, cal remarcar la prevenció radical de Guizot davant el socialisme naixent i l’actitud, si no de simpatia, sí d’expectatiu interès, de Balmes envers les noves idees socials.
Ell, que s’havia abocat als problemes socials de Catalunya, durant el viatge a París i a Londres d’abril-desembre del 1842 copsà tota la importància de les noves ideologies socials. El 1844 dedicà a aquest tema set articles aguts —cal remarcar la confrontació entre Robert Owen i Thomas More— en els quals l’aspecte antireligiós dels nous corrents no li impedeix de veure-hi “un tema digne de la meditació de tots els homes que pensen i que estimen la humanitat”. Balmes, acomodant una expressió de Francis Hutcheson, expressa així el seu ideal social: procurar la major intel·ligència, la major moralitat i el major benestar possibles per al major nombre d’homes possible.
Establert a Madrid els anys 1844-48, per tal d’influir més directament en la política espanyola, alternà els escrits filosòfics i els polítics. Llavors curà l’edició d’El criterio (Barcelona 1845), escrit dos anys abans, i escriví les seves Filosofía fundamental (1846) i Filosofía elemental (1847). En la primera d’elles, més personal, completada a París l’any 1845, estudià els problemes bàsics de la gnoseologia, de la psicologia i de la metafísica; feu conèixer, tot i separar-se’n, el criticisme i l’idealisme alemanys i renovellà l’escolasticisme eclèctic del segle XVIII, tant el de Cervera com el de Claude Buffier, conegut aquest a través de la nova filosofia cristiana de Lovaina. Com que també la filosofia escocesa del sentit comú (Thomas Reid i William Hamilton) entronca amb Buffier, d’ací les coincidències parcials de la filosofia balmesiana amb la de Martí d’Eixalà i de Llorens i Barba, influïts directament per Hamilton.
Els escrits polítics de Balmes començaren ja a Barcelona amb les Consideraciones políticas sobre la situación de España (1841) i amb una sèrie d’articles sobre Catalunya, a la qual desaconsellava tant el separatisme com la vinculació amb qualsevol dels partits polítics del temps. A Madrid, però, a través del seu periòdic El Pensamiento de la Nación, seguia amatent el curs de tota la política europea i proposava una política espanyola de la qual el matrimoni d’Isabel II amb el comte de Montemolín (el Carles VI dels carlins) no era tant un fi com un primer pas per a la pacificació del país, condició indispensable per a una política de veritable llibertat. En les reformes polítiques de Pius IX veié una coincidència amb el seu propi pensament; per això les defensà amb tant de coratge en el seu opuscle Pío IX (1847). La malvolent reacció de molts catòlics espanyols contra l’autor n’accelerà la prematura mort, víctima tant de les hemoptisis com dels seus ideals polítics.