Навчався філології в Карловому (Прага) і Лейпцизькому університетах. Докторська дисертація, захищена в Празі — «О звуке ь в новоболгарском языке». З 1884 в Софії, працював в Міністерстві народної освіти, викладав історію та діалектологію мови у Вищому педагогічному училищі. У 1888 на базі училища заснований Софійський університет. Теодоров-Балан був обраний в січні 1889 першим ректором університету і ще кілька разів обирався на цей пост. Всього він пропрацював в університеті 70 років.
1907-1910 — секретар Болгарського екзархату. З 1939 — почесний доктор Софійського університету і академік БАН.
Одружений з француженкою Жюлі Гресо, яка померла від туберкульозу; син Мілко — професор рентгенології і анатомії, Володимир — льотчик і авіаінженер, молодший син Станіслав, секретар царя Бориса III.
Вибрані твори
Паисий Хилендарски. История славянобългарская (1762), Пловдив 1898
Софроний Врачански…, С. 1906
Кирил и Методий. Жития…, С. 1920
Нова българска граматика, С. 1940
Борба за съвременен правопис (1921 – 1923 г.), С. 1924
Петър Динеков: Академик Александър Теодоров-Балан и българската литература в Сборник в чест на академик Александър Теодоров-Балан, София, БАН, 1955, стр. 31 — 37, Онлайн версия [Архівовано 15 грудня 2017 у Wayback Machine.]
Веселинов, Д., А. Ангелова, Ст. Пинтев. Александър Теодоров-Балан. Книжевни залиси. Книгопис (лична библиография). Хроноложки показалец на статии, бележки, вести, оценки и книги. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридски“, 2011, 228 с. ISBN 978-954-07-3005-9