Димитър Баларев е роден на 27 декември 1904 г. в Русе. През 1904 г. завършва Русенската Мъжка гимназия. Продължава образованието си във Физико-математическия факултет на Софийския университет, специалност „Химия“. Негови преподаватели са Порфирий Бахметиев, Никола Добрев, Г. Колушки и др. Когато през 1907 г. университетът е затворен от обидения княз Фердинанд, освиркан от българските студенти, Димитър Баларев заминава в чужбина. Завършва Загребския университет, а на 8 октомври 1908 г. защитава докторат при проф. Г. Яничек на тема „Обезводняване на фосфорната киселина при сгряване“.
След завръщането си в България, след полагане на изпит е назначен за учител в Мъжката гимназия в Русе.
Поручикът от запаса Баларев участва и в двете Балкански войни и е награден с орден „За храброст“. На фронта е ранен в главата и загубва зрението си. По-късно то частично се възстановява, но Баларев е признат за инвалид.
След демобилизацията продължава работата си като учител и публикува, предимно в немски списания, 28 научни съобщения, като част от тях са резултат от експерименталната му работа в областта на фосфорните киселини.
На 13 януари 1920 г., след избор, Димитър Баларев е назначен за доцент към Катедрата по неорганична и аналитична химия на Софийския университет. През 1922/23 г. е на специализация в Гьотинген при големия специалист в областта на термичния анализ Густав Таман. След завръщането си е избран за извънреден професор.
През 1928 г. е обявен конкурс за редовен професор по неорганична химия. Рецензиите за трудовете на Баларев са отрицателни и не особено справедливи. Той е критикуван за склонността му към „нови смели теоретични обобщения, които рязко се отклоняват от традиционната насока на тогавашната неорганична химия. Отговорът на Баларев обхваща общо 104 машинописни страници. На следващия конкурс, проведен през 1930 г., Баларев е избран за професор. В университета той е един от най-уважаваните преподаватели. По стар „хайделберски“ обичай при влизането му в аудиторията студентите го посрещат с тропане на крака.
Димитър Баларев е автор на повече от 170 труда по неорганична, аналитична и колоидна химия. През 1939 г. излиза трудът му “Der disperse Bau der festen Systeme” („Дисперсен строеж на твърди системи“). Това е оригинална теория, наречена на негово име, която представлява новост в областта на физикохимията и Димитър Баларев е съпоставен с носителя на Нобелова награда за химия за 1903 г. Сванте Арениус.
През 1958 г. Баларев е пенсиониран, но той е единственият български учен, поканен персонално от Берлинската академия на науките за участие в симпозиум по проблемите на геологията, минералогията, химията и използването на океанските солни залежи. Баларев изнася доклад на тема „Онечистването на солевите кристални системи“.
По повод 70-годишнината му Димитър Баларев е награден с орден „Кирил и Методий“ първа степен.
Източник: Павлов, Димитър. Димитър Баларев (1885 – 1964). // Бележити русенци. Т. 1. Русе, 2008, с. 54 -58.