Γεννήθηκε το 1906 ή κατ' άλλους το 1912 στο χωριό Αγία Κυριακή της Μικράς Ασίας και το πραγματικό του όνομα ήταν Δημήτριος Μπαλάσογλου ή Βαλασιάδης. Μετά τη μικρασιατική καταστροφή, η οικογένειά του περιπλανήθηκε αρκετά, μέχρι να εγκατασταθεί το 1923 στο χωριό Εξαπλάτανος της Έδεσσας.
Η οικογένειά του ήταν εύπορη, αλλά έχασε τα πάντα στον Μεγάλο Ξεριζωμό. Έτσι, ο νεαρός Δημήτρης αναγκάστηκε από τα νεανικά του χρόνια να εργαστεί σκληρά ως λαντζέρης, λούστρος, ψάλτης, δάσκαλος και επιστάτης στα έργα του Γαλλικού Ποταμού (Λουδίας). Από τον ποταμό Λουδία εμπνεύστηκε το φιλολογικό του ψευδώνυμο Λουντέμης. Η στράτευσή του στην Αριστερά και η πολιτική δράση μέσα από τις γραμμές του ΚΚΕ του στοίχισε την αποβολή του απ' όλα τα γυμνάσια της χώρας.
Στα ελληνικά γράμματα εμφανίσθηκε πολύ νωρίς, το 1927, με δημοσιεύσεις ποιημάτων του σε εφημερίδες της Έδεσσας. Το 1930 ποιήματα και διηγήματά του δημοσιεύτηκαν στο λογοτεχνικό περιοδικό «Νέα Εστία», ενώ το 1934 υπογράφει για πρώτη φορά ως Μενέλαος Λουντέμης στο διήγημά του «Μια νύχτα με πολλά φώτα κάτω από μια πόλη με πολλά αστέρια».
Έπειτα από μια οδύσσεια μετακινήσεων, ο Λουντέμης θα έλθει στην Αθήνα και θα γνωριστεί με αριστερούς διανοούμενους, οι οποίοι σύχναζαν στη λέσχη «αν Σουσί» της οδού Πατησίων. Καθοριστική ήταν η γνωριμία του με τους διακεκριμένους ομοτέχνους του Κώστα Βάρναλη, Άγγελο Σικελιανό και Μιλτιάδη Μαλακάση. Ο τελευταίος θα τον βοηθήσει να βρει δουλειά ως βιβλιοθηκάριος στην «Αθηναϊκή Λέσχη» και να ανασάνει οικονομικά.
Την ίδια εποχή αναπτύσσει στενή φιλία με τον καθηγητή της Φιλοσοφικής Δημήτρη Βέη, ο οποίος θα τον δεχθεί ως ακροατή στις παραδόσεις του, αφού ο Λουντέμης δεν μπορούσε να εγγραφεί στη Φιλοσοφική, καθώς δεν είχε τελειώσει το γυμνάσιο, λόγω των πολιτικών του περιπετειών και της οικονομικής του ανέχειας. Το 1938 ήταν ήδη φτασμένος συγγραφέας και τιμήθηκε με το Μέγα Κρατικό Βραβείο Πεζογραφίας για τη συλλογή διηγημάτων του «Τα πλοία δεν άραξαν».
Στην κατοχή οργανώθηκε στο ΕΑΜ και διετέλεσε γραμματέας της οργάνωσης διανοουμένων. Κατά τον εμφύλιο συλλαμβάνεται για τα αριστερά του φρονήματα, δικάζεται για εσχάτη προδοσία και καταδικάζεται σε θάνατο, ποινή που δεν εκτελέστηκε ποτέ. Αντ' αυτού, εξορίζεται σε στρατόπεδα συγκέντρωσης στη Μακρόνησο και στον Άη Στράτη, μαζί με το Θεοδωράκη και τον Ρίτσο.
Το 1956 τον μετέφεραν στην Αθήνα από τον τόπο εξορίας του για να δικαστεί, επειδή, σύμφωνα με το κατηγορητήριο, στο βιβλίο του «Βουρκωμένες μέρες» αναφέρονται «….προπαρασκευαστικές πράξεις εσχάτης προδοσίας….». Στη δίκη που έγινε με τον εμφυλιοπολεμικό νόμο 509/47, οι μάρτυρες υποστήριξαν ότι το βιβλίο του «προπαγανδίζει τας πολιτικάς του ιδέας, θίγει την έννοια του κράτους, κλονίζει την εμπιστοσύνη του λαού στη Δικαιοσύνη, καλλιεργεί το μίσος».
Επιφανείς πνευματικές προσωπικότητες έσπευσαν να τον υπερασπιστούν (Άγις Θέρος, Γιώργος Θεοτοκάς, Κώστας Βάρναλης, Στράτης Δούκας, Ασημάκης Πανσέληνος, Κώστας Κοτζιάς), υποστηρίζοντας ότι το βιβλίο του «είναι ένα εξαιρετικό έργο, γεμάτο αγάπη για τον άνθρωπο και πίστη στην πορεία του προς το μέλλον». Απολογούμενος, ο Λουντέμης δέχτηκε παρέμβαση του προέδρου, ο οποίος του είπε πως «αν πράγματι νιώθεις στοργή για το παιδί και τη γυναίκα σου, θα 'πρεπε να 'χεις κάνει δήλωση αποκήρυξης του ΚΚΕ». Και η απάντηση του Λουντέμη: «Χρειάστηκαν εκατομμύρια χρόνια για να γίνουν τα τέσσερα πόδια δύο. Δεν θα τα κάνω πάλι τέσσερα εγώ».
Μετά τη δίκη και την απαγόρευση κυκλοφορίας των βιβλίων του, το κλίμα είναι βαρύ για τον Λουντέμη. Εκπατρίζεται στο Βουκουρέστι και χάνει την ελληνική ιθαγένεια από τη δικτατορία του Παπαδόπουλου. Στη Ρουμανία συνεχίζει το συγγραφικό του έργο, αλλά νοσταλγεί πάντα την πατρίδα, «ένα ελληνικό καφεδάκι...μιά ρετσίαν..», έγραφε σ' ένα φίλο του. Μετά την μεταπολίτευση ανακτά την ελληνική ιθαγένεια και επιστρέφει στην Ελλάδα το 1976. Δεν πρόλαβε να χαρεί για την επάνοδό του και στις 22 Ιανουαρίου 1977 πεθαίνει από καρδιακή προσβολή και ενταφιάζεται στο Α' Νεκροταφείο Αθηνών.
Ο Μενέλαος Λουντέμης ανήκει στους έλληνες λογοτέχνες του μεσοπολέμου που στράφηκαν προς τον κοινωνικό ρεαλισμό. Η ιδιοτυπία του έργου του έγκειται στον «ερασιτεχνικό» τρόπο γραφής, τον οποίο υπηρέτησε εν πλήρει συνειδήσει, καθώς ο ίδιος υποστήριζε πως δε τον ενδιαφέρει η Τέχνη, αλλά η καταγραφή της πραγματικότητας και η κατάδειξη της κοινωνικής ανισότητας. Το έργο του εντάσσεται στο ρεύμα του σοσιαλιστικού ρεαλισμού (Κνουτ Χάμσουν, Μαξίμ Γκόργκι, Παναΐτ Ιστράτι κ.ά.): ρεαλιστική απεικόνιση τοπίων και προσώπων με έντονη αισθηματολογία, που αγγίζει κάποτε το μελοδραματισμό, βιωματική γραφή, ηθογραφικά και συμβολικά στοιχεία.
Στη λογοτεχνία του Λουντέμη δεσπόζει η τάση του να στρέφεται εξ' ολοκλήρου γύρω από ένα κεντρικό πρόσωπο - αφηγητή, που ανήκει στους περιθωριακούς τύπους των καταπιεσμένων κοινωνικά στρωμάτων και το οποίο μας δίνει την προσωπική του οπτική της μοναξιάς, του ανεκπλήρωτου του έρωτα και της δυστυχίας του κόσμου. Μέρος της κριτικής (Ζήρας) του καταλογίζει τεχνικές και εκφραστικές ατέλειες, στρατευμένο ύφος που αποβαίνει σε βάρος της οικονομίας της, αφήγησης, αλλά αναγνωρίζει τον λυρικό του οίστρο. Κάποιοι άλλοι θεωρούν το έργο του απολύτως ξεπερασμένο σήμερα, καθώς αναφέρεται σ' ένα κόσμο που δεν υπάρχει πια.
Ποιήματα του Λουντέμη μελοποίησαν οι αδερφοί Κατσιμίχα («Ερωτικό Κάλεσμα») και ο συνθέτης Σπύρος Σαμοίλης («Οι κερασιές θ' ανθίσουνε και φέτος») με ερμηνευτή τον Αντώνη Καλογιάννη.
