Кандидат филологических наук, лексиколог, лексикограф, специалист по проблемам формирования лексического состава русского языка. С 1955 г. и до конца жизни работала в словарном отделе ИЛИ РАН. Входила в коллектив редакторов и составителей всех трех изданий БАС: «Словаря современного русского литературного языка» в 17 томах (БАС-1, тт. 9, 10, 13, 14), второго издания «Словаря современного русского литературного языка» (БАС-2, тт., I–VI), «Большого академического словаря русского языка» (БАС-3, тт. 1–16), а также «Большого толкового словаря русского языка».
Научные интересы Л. И. Балахоновой во многом связаны с академической диалектной лексикографией. Истории создания и принципам построения «Опыта областного великорусского словаря» (1852 г.) и «Дополнения» к нему (1858 г.) посвящена ее кандидатская диссертация. Также Л. И. Балахонова — одна из авторов «Словаря русских народных говоров», она принимала участие в работе над 10 выпусками словаря.