Ballard naît en 1930 à Shanghai. Son père est PDG de la filiale chinoise d'une grande entreprise de textile de Manchester. Il passe ainsi son enfance dans une vaste maison typique des expatriés jusqu'au conflit sino-japonais. Avec l'invasion de la Chine par le Japon, il est emprisonné en 1942 dans un camp de détention pour civils où il restera jusqu'à la fin de la Seconde Guerre mondiale. Il a décrit cette expérience dans son livre semi-autobiographique Empire du soleil, qui a été adapté au cinéma par Steven Spielberg.
Il part en 1946 pour l'Angleterre et est choqué par la vie britannique qui lui parait détachée des réalités. Il poursuit ses études à la Leys School de Cambridge sans parvenir à s'intégrer parmi les étudiants. Il commence des études de médecine au King's College puis de littérature anglaise à l'Université de Londres sans succès. Il découvre à cette époque la psychanalyse et le surréalisme qui le fascineront toute sa vie.
Il fait alors des petits boulots comme rédacteur dans une agence de publicité et démarcheur en encyclopédies. Il s'engage sur un coup de tête dans l'armée de l'air et part faire son entraînement au Canada. Il écrit à cette époque sa première nouvelle de science-fiction, Passeport pour l'éternité.
Il se met à écrire sérieusement et est publié pour la première fois dans le magazine New Worlds en 1956. Marié en 1955 et jeune père, il gagne difficilement sa vie en travaillant dans une bibliothèque jusqu'à obtenir le poste de rédacteur en chef adjoint d'une revue scientifique, Chemistry and Industry. Sa famille s'agrandit et il part vivre dans la banlieue de Londres à Shepperton.
Il écrit son premier roman pendant ses deux semaines de congés annuels et obtient un contrat avec l'éditeur Berkley Books.
Il écrit ensuite plusieurs livres de science-fiction post-apocalyptique, dont la trame est toujours une catastrophe naturelle qui ravage la planète, comme Le Vent de nulle part, Sécheresse et le Monde englouti. Il continue d'écrire également beaucoup de nouvelles.
Il devient peu à peu l'un des romanciers phares de la nouvelle vague de SF britannique aux côtés de Brian Aldiss, John Brunner et Christopher Priest, qui abordent de nouveaux thèmes en soignant particulièrement le style.
À la mort de sa femme en 1964, Ballard devient écrivain professionnel, ce qui lui permet d'être présent à la maison pour s'occuper de ses enfants. Il s'intéresse alors aux techniques d'écriture expérimentales de Williams Burroughs.
Pendant les années 1970 il écrit La Foire aux atrocités, et surtout sa Trilogie de béton avec Crash !, L'île de béton et I.G.H.. Crash ! est son premier roman célèbre, sur un personnage fasciné par la psychosexualité des accidents de voitures qui entraîne dans ses fantasmes le narrateur, qui comme l'auteur se nomme Ballard. Crash ! a été adapté au cinéma par David Cronenberg.
Ballard revient sur son passé en 1980 avec l'autobiographique Empire du Soleil, adapté ensuite au cinéma par Steven Spielberg, puis publie un roman de SF classique, Rapport sur une station spatiale non identifiée. Fièvre Guerrière traite des manipulations médiatiques.
L'œuvre de Ballard est étrange et sophistiquée et a été très influente malgré son faible succès commercial. Il explore la face sombre des citadins des grandes mégalopoles, excellant dans la peinture de personnages en apparence normaux, cadres supérieurs, gens policés, qui s'avèrent obsédés par la violence et les perversions sexuelles. Super Cannes se déroule dans un cadre a priori idyllique sur la Côte d'Azur, mais les brillants cadres de multinationales s'y révèlent des sadiques qui organisent des descentes racistes.
On retrouve l'influence de Ballard dans la musique de groupes de post-punk comme Joy Division, The Human League The Normal, Anarchist Republic of Bzzz et John Foxx.