Carlo Balmelli studierte Posaune bei Prof. Branimir Slokar am Konservatorium für Musik in Bern und schloss mit dem Lehrdiplom sowie dem Höheren Studienausweis ab. Parallel dazu absolvierte er eine Kapellmeisterausbildung bei Dr. Ewald Körner und besuchte Weiterbildungskurse bei Horst Stein, Ralf Weikert und Gustav Kuhn. 1995 erwarb er am Konservatorium Luzern bei Joseph Gnos das Diplom Typ A für Blasmusikdirektion.
Als Dirigent leitet Carlo Balmelli verschiedene Formationen, darunter die Stadtmusik Mendrisio, die Stadtharmonie Zürich Oerlikon Seebach und die Musikgesellschaft Konkordia Egerkingen. Seit 2025 ist er zudem Dirigent des Jugend Blasorchesters Zürich (JBOZ). Als gefragter Gastdirigent arbeitete er mit zahlreichen renommierten Blasorchestern, Brass Bands und Jugendformationen im In- und Ausland zusammen.
Seit 2004 ist Carlo Balmelli Musikschulleiter am Conservatorio della Svizzera Italiana, Region Mendrisiotto, wo er auch Posaune unterrichtet. Seit 2020 ist er zudem Dozent für Pädagogik (Posaune) an der Hochschule für Musik in Lugano. Gemeinsam mit Thomas Trachsel ist er Mitinhaber des Verlags Symphonic Works GmbH und erstellt Transkriptionen bedeutender Werke für Blasorchester und Brass Bands.
Carlo Balmelli ist regelmässig als Juror bei nationalen und internationalen Wettbewerben tätig. Für sein vielseitiges musikalisches Schaffen erhielt er 2022 den Preis der Stiftung Schweizer Musikanten «In Memoriam Stephan Jaeggi». 2023 wurde er mit dem Schweizer Musikpreis des Bundesamtes für Kultur ausgezeichnet.