Роман Гургенович Балаян родился 15 апреля 1941 года в селе Нижний Оратаг в Нагорно-Карабахской автономной области. В 1959-1961 годах играл во вспомогательном составе театра Степанакерта.
В 1961 году он поступил в Ереванский театральный институт на режиссерский факультет, но, проучившись три года, оставил учебу. Продолжил обучение в Киевском государственном институте театрального искусства, который окончил в 1969 году. Своим учителем Роман Балаян считал режиссёра С. Параджанова.
В 1973 году он поставил свой первый фильм «Эффект Ромашкина». Затем были фильмы «Каштанка» по А. Чехову и «Бирюк» по И. Тургеневу.
В 1986 году Роман Балаян снял фильм «Храни меня, мой талисман», действие которого происходит в Болдине, где моделируется ситуация Пушкина и Дантеса в наше время. В фильме снялась целая плеяда знаменитых актеров: Олег Янковский, Татьяна Друбич, Александр Абдулов, Александр Збруев, Михаил Козаков, Булат Окуджава.
Главный тип балаяновского героя – нелюдимый человек, которого раздирают противоречия, который не может найти своего места в окружающем мире. Он снял такие фильмы, как: «Полеты во сне и наяву» (1982), «Поцелуй» (1983), «Филёр» (1987), «Леди Макбет Мценского уезда» (1989), «Первая любовь» (1995), «Две луны, три солнца» (1998), «Ночь светла» (2003), «Райские птицы» (2008), «Мы есть. Мы рядом» (2020).
К ряду фильмов Балаян написал сценарии. Также он известен и съемками телеверсии спектаклей Московского театра «Современник» – «Кто боится Вирджинии Вульф?» (1992), «Анфиса» (1993) и др.
В 1987 году Роман Балаян удостоен Государственной премии СССР, его фильм «Первая любовь» получил приз Ника-95, а фильм «Ночь светла» – два приза на фестивалях отечественного кино (от редакции «Московского комсомольца» и имени Андрея Тарковского). Также он награжден украинскими орденами «За заслуги» III, II и I степени, орденом князя Ярослава Мудрого V степени и призами различных кинофестивалей.