Comme pour la galerie François 1er, le visiteur ne peut s'empêcher d'être ébloui (et pourquoi le ferait-il ?) par la beauté de la pièce, due à la fois à sa luminosité, ses proportions (elle mesure 30m de long sur 10m de large), et sa situation entre la cour ovale et les jardins. Le visiteur peut mesurer dès son entrée l'harmonie de l'ensemble, avant de détailler les fresques peintes vers 1550 par l'équipe dirigée par Nicolo dell'Abbate d'après des dessins du Primatice. Cette salle avait été commencée sous François 1er, et devait à l'origine être couverte d'une voûte en berceau, mais à la mort du roi, l'architecte Philibert Delorme, chargé par Henri II de poursuivre l'embellissement du château, opta pour un plafond en caissons, inspirés de l'Italie. La salle de Bal a d'ailleurs pour autre nom la "Galerie Henri II".

La pièce servait principalement à donner des réceptions, des bals, des banquets. On y a représenté également des comédies. Une tribune situé au dessus de la porte acueillait des musiciens, tandis que le roi et la reine se tenaient sur une estrade, devant la cheminée.

Très employée jusqu'à Louis XIII, elle fut délaissée dès le milieu du XVIIème siècle, et servit de salle de garde pour les Cent-Suisses jusqu'à la Révolution. Elle a été ensuite fortement restaurée sous Louis-Philippe, vers 1835 (le parquet reprenant le dessin du plafond), qui y maria civilement son fils le duc d'Orléans. Sous Napoléon III, on y donna de grands dîners et on y reçut les ambassadeurs du roi de Siam en 1861.