Bauer Herbert néven született 1884. augusztus 4-én Szegeden, művelt tanár családban. Diákévei szülővárosában és a szepességi Lőcsén teltek, emlékeit az Álmodó ifjúság című önéletrajzi regényében örökítette meg. Eötvös-kollégistaként szerzett a budapesti egyetemen német szakos tanári, 1909-ben bölcsészdoktori oklevelet. Ösztöndíjjal tanult Berlinben és Párizsban is, majd középiskolai tanárként helyezkedett el.

Első verse már tizenhat éves korában megjelent a Szegedi Naplóban, 1908-ban ott volt a modern magyar költészet kiindulópontjának tekintett A Holnap antológiákban, s ott volt a Nyugat indulásánál. 1909-ben mutatták be a Nemzeti Színházban Doktor Szélpál Margit című drámáját, melyben a modern nő újfajta problémáit vitte színpadra. Egy évvel később megjelent első verseskötete A vándor énekel címmel, ködös, pesszimista lírájára a német filozófia és a francia dekadens költészet volt nagy hatással.

Szimbolista drámái közül az 1911-es A kékszakállú herceg várából Bartók Béla írt világsikerű operát, a háború alatt született és már a népmesékhez közelebb álló A fából faragott királyfit szintén Bartók formálta táncjátékká. Az egyre individualistább és a nacionalizmustól sem idegenkedő költő 1913-ban katolizált és felvette a Balázs Béla nevet. 1914 szeptemberében önként jelentkezett frontszolgálatra, ahol a megrázó élmények hatására pacifista humanista lett, a folyamat nyomon követhető a haditudósításait tartalmazó Lélek a háborúban című kötetben.

A forradalmat már kommunistaként köszöntötte, 1919-ben tagja volt a Forradalmi Írók Direktóriumának, a Tanácsköztársaság bukása után Bécsbe menekült. Itt kezdett filmesztétikával foglalkozni, A látható ember című szakkönyve a nemzetközi érdeklődés középpontjába került és ma is alapműnek számít. Balázs Béla azt hangsúlyozta, hogy a film által az emberi test és az arckifejezés visszanyerte méltó helyét az emberi kommunikációban, melyet a könyvek és a szavak eltemettek.

1926-tól Berlinben, 1931-től Moszkvában élt. 1945 nyarán hazatért és a filmművészet egyik irányítója lett, bár terveiből keveset tudott megvalósítani. Tanított a Színházművészeti Főiskolán, a Filmtudományi Intézet alapító igazgatója volt, s 1947-ben ő írta a legendás Valahol Európában című film forgatókönyvét. 1949-ben Kossuth-díjat kapott, de helyzetével nem volt elégedett, "avantgárd" nézetei miatt egyre több bírálat érte. 1949. május 17-én halt meg.

A köztudatban főként filmesztétaként maradt meg, életművét csak az utóbbi évtizedekben fedezték fel. Nevét viseli a Balázs Béla Stúdió, a kísérleti film és a fiatal magyar filmesek fontos műhelye és a Balázs Béla-díj, amelyet 1960 óta adományoznak a mozgókép területén kifejtett kiemelkedő alkotótevékenység, valamint művészi és tudományos teljesítmény elismerésére.