Baltes studierte von 1959-1964 Psychologie an der Universität des Saarlandes und der Universität Nebraska. Nach seiner Promotion 1967 in Saarbrücken begann er seine Hochschullehrerlaufbahn in den USA (1968-1980). Besonders fruchtbar waren die Fellowships am Stanford Center for Advanced Study in the Behavioral Sciences (1977-78, 1990-91, 1997-98). Im Jahre 1980 wurde er als wissenschaftliches Mitglied und Direktor am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin berufen, wo er bis heute geblieben ist.

Schon in seiner Studienzeit wandte sich Baltes der Entwicklungspsychologie zu. Im Vordergrund standen zunächst methodische Arbeiten zu Fragen der Längsschnittforschung und der Erfassung des Zusammenspiels von ontogenetischen und gesellschaftlichen Veränderungsprozessen. Von besonderer Bedeutung sind seine theoretischen und experimentellen Arbeiten zur Ausweitung der bisher vor allem auf die kindliche Entwicklung orientierten Entwicklungspsychologie auf den gesamten Entwicklungsverlauf von der Geburt bis ins Alter. Er gilt als einer der Mitbegründer der Entwicklungspsychologie der Lebensspanne (Lifespan Psychology). 

In den letzten Jahren beschäftigte sich Baltes vor allem mit Fragen der Alternsforschung. Auf diesem Gebiet ist er vor allem mit Arbeiten zu Fragen der kognitiven Plastizität im Alter, der Psychologie der Weisheit sowie einer Theorie erfolgreichen Alterns hervorgetreten, die er gemeinsam mit seiner Frau und Kollegin Margret Baltes (1939-1999) entwickelt hat.