Marius Balmelle est né à Mende le 22 septembre 1892 dans la maison faisant l'angle de la Rue de la République et de la Place au Blé. Son père, Henri Balmelle (1860-1920), dont la famille est originaire de Villefort, est alors chef du service des Ponts-et-Chaussées à la Préfecture. Sa mère Anna Planchon est issue de la famille Planchon, propriétaire au tournant du XXe siècle d'une librairie Rue de la République. Marius Balmelle fait ses études secondaires au Collège de Mende, puis s'inscrit à l'école nationale des industries agricoles de Douai.
Nommé à Paris aux Contributions indirectes, il met à profit ce séjour dans la capitale pour parfaire ses connaissances et suit ainsi les cours des Antiquités nationales de Camille Jullian au Collège de France, ceux de minéralogie d'Alfred Lacroix au Muséum et ceux de radioactivité de Marie Curie à l'Institut du Radium.
Revenu à Mende, le Conseil général de la Lozère lui accorde dans sa séance du 22 août 1917 une subvention pour l'engager « à continuer ses études minéralogiques, hydrauliques du département, à la charge pour lui d'exposer au Conseil général le résultat de ses travaux ». C'est ainsi qu'est publié l'année suivante,Les richesses du sous-sol et les richesses hydrauliques de la Lozère : dans cet ouvrage, Marius Balmelle, en précurseur, signale la présence de minerais radioactifs en Lozère et préconise l'utilisation de la force hydraulique de la Borne, du Chassezac et de l'Altier, dont il a pu mesurer l'importance pour la région lors de ses séjours à Villefort chez sa tante, propriétaire de l'Hôtel Balme. Après avoir donné en 1922 un Aperçu géologique sur le département de la Lozère, Marius Balmelle publie en collaboration avec M. Grimaud, secrétaire de l'Inspection académique, le Précis d'histoire du Gévaudan. Préfacé par Camille Jullian, cet ouvrage est récompensé par l'Académie des Inscriptions et Belles-Lettres. Son Histoire de Mende, écrit avec Suzanne Pouget en 1949, lui vaut quant à elle d'être lauréat de l'Académie française.
Marius Balmelle entreprend également des travaux très poussés dans le domaine de l'archéologie lozérienne, publiant en 1936 Histoire et archéologie des Causses et des Gorges du Tarn, puis en 1937, le Répertoire archéologique du département de la Lozère pour la période gallo-romaine, en 1940 La voie Régordane, chemin antique, en 1941 Collection de sigillographie du Musée de Mende, en 1945, le Répertoire archéologique de la Lozère pour les périodes carolingiennes et romane, en 1957 Javols, civitas gabalum.
En parallèle, à partir des années 1940, Marius Balmelle se lance dans la rédaction de la Bibliographie du Gévaudan qui se décline en 7 volumes.
A ses travaux scientifiques, s'ajoutent des oeuvres littéraires, comme en 1921 Lavandes et genêts, Impressions et Contes du Gévaudan, un recueil de poèmes à la gloire du Gévaudan, ou encore en 1935 Aux pays des Soviets - Six mois en Sibérie écrit avec Paul Laget.
L'ensemble des ces ouvrages imprimés ne sont que les arbres cachant la forêt de publications et autres études rédigées par Marius Balmelle, collaborateur prolixe d'un nombre incalculable de revues, telles que Lou Païs, la Lozère Nouvelle, le Bulletin de la Société des Lettres, le Moniteur de la Lozère, Le poilu lozérien, la Revue du Club cévenol....
A l'affût de tout ce qui concerne la Lozère, il monte une bibliothèque importante (3000 ouvrages) avec un fonds lozérien particulier où l'on peut compter un incunable de Guillaume Durand, évêque de Mende. Il constitue également des dossiers documentaires volumineux sur la Lozère de son époque. Dans le même esprit, il consigne dans des carnets, des notes et des réflexions journalières sur la vie quotidienne à Mende de 1911 à 1948, englobant ainsi les deux conflits mondiaux.
Inspecteur de la Société française d'archéologie, associé correspondance national des Antiquaires de France, M. Balmelle est membre très nombreuses sociétés savantes de province, ce qui l'amène, pour créer un lien entre ces sociétés et les sociétés régionalistes, à fonder en 1927 la Revue des Provinces de France, qu'il anime avec son ami mendois Alfred Vielledent.
Entré à la Société des Lettres de la Lozère en 1918, il en devient le secrétaire adjoint en 1936, puis le secrétaire général en 1939. Il en est élu président en 1950. Lorsqu'en 1958, le docteur Morel lui succède, ses collègues en hommage le nomment président honoraire, en remplacement d'Adrien Blanchet, membre de l'Institut.
Travailleur infatiguable malgré la maladie, cet amoureux de la Lozère décède à Mende le 9 octobre 1969.