Som ung flyttade han från födelseorten Gräsö utanför Öregrund till Stockholm och började på allvar ägna sig åt teater mot slutet av 1930-talet. Långfilmsdebuten skedde 1940 i en statistroll som hotellanställd i Snurriga familjen. Efter att han 1943 kommit i kontakt med Ingmar Bergman kom denne att ge honom flera film- och teaterroller. Malmsten hade flera stora roller i Bergmans tidiga filmproduktion i titlar som Det regnar på vår kärlek (1946), Musik i mörker (1948) och Fängelse (1949).
Malmsten började 1962 att arbeta i Dramatiska teaterns ensemble. Åren 1960–1963 uppträdde han också i TV-teatern. Filmrollerna blev med åren ett stort antal.[1] Mot slutet av sitt liv medverkade Birger Malmsten dock nästan uteslutande i TV-produktioner. Han hade en större roll som hyresvärd i serien Goda grannar 1987, och sin allra sista roll hade han i den politiska serien Kopplingen 1991.
Malmsten var från 1951 gift med skådespelaren Haide Göransson.