Nach dem Studium von Mathematik, Physik und Astronomie an der Universität Wien, mit Diplomen in Mathematik und Astronomie mit Auszeichnung, ging Martin Balluch an die Universität Heidelberg in Deutschland und schrieb dort eine Dissertation in mathematischer Physik, die er 1989 “Magna cum Laude” abschloss. Anschließend arbeitete er an der Unversität Cambridge in England am Institut für Applied Mathematics and Theoretical Physics. Insgesamt war Martin Balluch an den Universitäten Wien, Heidelberg und Cambridge 12 Jahre lang als Universitätsassistent und Forscher tätig und veröffentlichte 18 wissenschaftliche Publikationen.
Von 2000 bis 2005 studierte Martin Balluch an der Universität Wien Philosophie und schloss sein Studium mit einer Dissertation über Tierrechtsphilosophie ab, die auch in Buchform erschien.
Politisch aktiv wurde Martin Balluch erstmals im Jahr 1978 als 13-jähriger in der Kampagne gegen Atomkraftwerke. Im August 1979 wurde er zum ersten Mal wegen einer Aktion des zivilen Ungehorsams von der Polizei festgenommen. Damals ging es um die Rasenfreiheit und die Besetzung des Burggartens in Wien. Seitdem hat Martin Balluch nicht mehr aufgehört, sich für Umwelt- und Tierschutz einzusetzen. Im Dezember 1984 nahm er an der Besetzung der Hainburger Au teil, im Jahr 1985 organisierte er Veranstaltungen zu Tierversuchen an der Universität Wien. In den Jahren 1987 und 1988 zeichnete er für zahlreiche Veranstaltungen zu Tierschutz und Tierrechten an der Universität Heidelberg in Deutschland verantwortlich. Im Jahr 1989 begann er eine kontinuierliche Kampagnentätigkeit für Tierschutz und Tierrechte in England, die er nach seiner Rückkehr 1997 in Österreich fortsetzte. Seit 2002 ist Martin Balluch Obmann des Vereins Gegen Tierfabriken.
In seiner über 3 Jahrzehnte langen Tätigkeit als Umwelt- und Tierschutzaktivist nahm er an vielen Aktionen des zivilen Ungehorsams teil und wurde über 25 Mal festgenommen. Bereits seit Anfang der 1980er Jahre Vegetarier, lebt er seit 1989 vegan und gründete zusammen mit anderen Personen 1999 die Vegane Gesellschaft Österreich.
Martin Balluch ist einer jener TierschützerInnen, die am 21. Mai 2008 von maskierten und bewaffneten WEGA-Kräften in der Nacht zu Hause überfallen und in Untersuchungshaft überstellt worden sind. Nach 105 Tagen in Haft, 39 davon im Hungerstreik inklusive künstlicher Ernährung am Krankenflügel des Wiener Landesgerichts, wurde er zwar freigelassen, aber seitem weiter von der eigens gegründeten SOKO gegen den Tierschutz beschattet und verfolgt. Von 2. März 2010 bis 2. Mai 2011 saß er als Hauptangeklagter im Tierschutzprozess auf der Anklagebank. Es wurde ihm lediglich vorgeworfen, durch legale Tierschutzkampagnenarbeit ideell und indirekt ihm unbekannte Personen motiviert zu haben, Straftaten im Namen des Tierschutzes zu setzen. Dadurch wäre er nach §278a StGB Mitglied in einer seit 1988 bestehenden großen kriminellen Tierschutzorganisation, die seit damals für 35 Tierschutzkampagnen verantwortlich sei. Am 2. Mai 2011 wurde er wegen erwiesener Unschuld freigesprochen. Seit Ende Juni 2012 ist dieser Freispruch rechtskräftig.
Am 30. Jänner 2012 erhielt Martin Balluch den mit € 50.000 dotierten internationalen Myschkin-Ethikpreis im Theatre de l’Odeon in Paris für seine Tierschutzarbeit als advokatorischer Humanismus und in Anerkennung seiner Rolle im Tierschutzprozess überreicht.