Procedia d’una família de cirurgians-barbers. El 1778 aprovà a València el grau per a exercir la cirurgia i ensenyar l’àlgebra. Fou nomenat consultor de l’exèrcit i destinat a l’armada. Féu tres viatges a Mèxic (el primer el 1781), i hi estudià la matèria mèdica i vegetal de Nova Espanya. Escriví Demostración de las eficaces virtudes nuevamente descubiertas en las raíces de dos plantas de la Nueva España, especies de Agave y Begonia para la curación del mal venéreo y escrofuloso (1794), traduïda a l’italià (Roma 1795), i Introducción para la conservación y administración de la vacuna, y para el establecimiento de juntas que cuiden de ella (1796), i traduí l’obra Tratado histórico de la vacuna (1803). El prestigi assolit per Balmis el dugué, el 1803, a fer-se càrrec de l’expedició organitzada pel govern de Carles IV per propagar la vacuna antivariolosa a les colònies. Balmis sortí de la Corunya acompanyat d’un metge per estudiar les variacions de la vacuna segons el clima, de cirurgians i de 22 infants expòsits com a conservadors de limfa, amb dides per a alimentar-los i una monja com a directora. Després de fer escala a les Canàries, a Puerto Rico i a Caracas, l’expedició es dividí en dues: l’una prosseguí per l’Amèrica meridional a càrrec del sotsdirector Francesc Salvany, i l’altra, amb el director Balmis, es dirigí a l’Havana i, d’allí, al Yucatán; dividida novament en dues parts, recorregué el país fins a Mèxic i les províncies interiors del virregnat de Nova Espanya d’una banda, i fins a Guatemala de l’altra. Balmis, després de travessar Mèxic fins a Acapulco, dugué la vacuna des d’allí a les illes Filipines, a Macau i a Canton i a l’illa de Santa Helena. L’expedició acabà el 1806. Quintana dedicà una oda a aquesta expedició. És, sens dubte, un dels fets més importants relacionats amb la història de la medicina als Països Catalans.