Окончил Михайловское артиллерийское училище, из которого был выпущен 2 августа 1843 года прапорщиком. В том же году поступил в конную артиллерию и вскоре был причислен к штабу генерал-фельдцейхмейстера, откуда в 1849 году назначен состоять при Великом князе Михаиле Павловиче. В 1849 году участвовал в подавлении Венгерской буржуазной революции. После смерти Михаила Павловича был командирован для производства опытов над конгреговыми ракетами на Кавказ, и за успехи в испытаниях был произведён в штабс-капитаны. Оставаясь на Кавказе два года, участвовал во многих экспедициях Дагестанского отряда (1852). С началом Крымской войны (1853—1856) состоял при штабе артиллерии Дунайской армии, а при обороне Севастополя был одним из помощников начальника артиллерии крепости.
Затем Баллюзек несколько раз посетил Китай и Японию: в 1857 году участвуя в дипломатической миссии графа Е. В. Путятина, сопровождая его на пароходо-корвете «Америка» и в 1858 году при подписании Тяньцзиньских трактатов. В 1860 году находился в китайских водах на борту фрегата «Светлана», 15 августа отправился в Тяньцзинь для подготовки резиденции русского посланника в Китае генерал-майора Н. П. Игнатьева. После подписания в 1860 году Пекинского трактата и убытия Н. П. Игнатьева в Санкт-Петербург, остался в Китае. Был свидетелем Тайпинских событий[2].
С февраля 1861 года — министр-резидент при пекинском дворе, первый постоянный дипломатический представитель России в Китае (до этого роль постоянного представительства выполняла Русская духовная миссия в Пекине). Вместе с послом США Ансоном Бёрлингеймом[англ.] настаивал на политике невмешательства европейских держав в дела Китая и признание за Китаем права на равное участие в политическом процессе. Дипломаты, занявшие эту позицию, назывались «the Four B’s» по первым буквам фамилий: Burlingame, Bruce[англ.] (Великобритания), Balluzeck (Россия), Berthemy (Франция). При нём была начата подготовка китайских солдат российскими инструкторами в Кяхте, также Китаю было поставлено оружие (1861—1862). В 1862 году произведён в полковники. В августе 1863 года отчислен с должности министра-резидента в Китае. В 1864 году назначен в 3-ю облегченную батарею лейб-гвардии конной артиллерии полка Отдельного гвардейского корпуса[2].
В 1865 году был направлен на службу в Оренбург — начальником областного киргизского управления[3]. За 12 лет пребывания здесь, он провёл значительную работу по административной организации области согласно родоплеменной структуре казахов, по организации школ и просвещению казахов; 27 марта 1866 года получил чин генерал-майора и был зачислен в Свиту Его Императорского Величества. С января 1868 года стал первым председателем Оренбургского отдела Русского Географического Общества. С января 1869 по февраль 1877 года был военным губернатором созданной Тургайской области; 19 февраля 1877 года был произведён в генерал-лейтенанты и в том же году уехал в Санкт-Петербург.
С 1877 года был членом Попечительского совета учреждений общественного призрения в Санкт-Петербурге, попечителем Обуховской больницы[4].
Баллюзек Л. Народные обычаи, имевшие, а отчасти и ныне имеющие, в Малой киргизской орде силу закона. \\ Записки Оренбургского отдела Императорского русского географического общества. Казань, 1871 (вып. II). Ценный фактический материал для изучения истории казахского права. Вопросы казахского судопроизводства, уголовного и гражданского права, нормы древнего адата и нормы действующего права того времени. Переиздания:
Баллюзек Л., И. А. Козлов и др. Материалы по обычному праву казахов. Сборник 1. Алма-Ата, 1948.
Баллюзек Л., И. А. Козлов и др. Материалы по обычному праву. Серия «Библиотека казахской этнографии», Том 30.
Баллюзек Л. Новое административное деление Тургайской области. \\ Записки Оренбургского отдела Императорского русского географического общества. Казань, 1870 (вып. I).
↑Ордин К.Приложения // Попечительский совет заведений общественного призрения в С.-Петербурге. Очерк деятельности за пятьдесят лет 1828—1878. — СПб.: Типография второго отделения Собственной Его Императорского Величества канцелярии, 1878. — С. 7.
Груздев А. И. Береговая черта: имя на карте. Морской топонимический словарь Приморского края. — Владивосток: Дальнаука, 1996. — 244 с.
Морской биографический справочник Дальнего Востока России и Русской Америки. XVII — начало XX вв. — Владивосток, 1998. — С. 23—24, фото.
Хохлов А. Н. Л. Ф. Баллюзек — первый российский посланник в цинском Китае \\ Сб. Общество и государство в Китае, 36-я научная конференция. — 2006. — ISBN 5-02-018507-8. — С. 68—83.
Балюзек Лев Федорович // Список генералам по старшинству. Исправлен по 1-е января 1879 г. — С. 393.