Il entre à l’université de Montpellier en 1545 et reçoit le titre de docteur en 1547. Il suit les cours de Guillaume Rondelet. Après avoir vécu quelques années à Grenoble et à Valence, il s’installe à Lyon en 1552. Dans cette ville, où il demeura jusqu'à sa mort, il exerce la médecine à l’hôtel-Dieu.
Illustration de Cydonia oblonga tirée d’Historia generalis Plantarum.
Son œuvre la plus importante est Historia generalis plantarum (1586), compilation de toutes les connaissances botaniques de son époque, qui est publiée à Lyon. Ce livre est parfois baptisé Historia plantarum Lugdunensis car il décrit la flore autour de la ville. Bien que seul son nom apparaisse sur la page de titre, il ne fait pas de doute que certaines parties sont de la plume de Jean Bauhin et de Jean Des Moulins. L'ouvrage décrit 2731 plantes, un nombre record pour l'époque, accompagnées d'une description et d'illustrations parfois recopiées de Mathias de l'Obel. On y reconnaît une érudition profonde. Daléchamps avait chargé Desmoulins de l’édition de ses notes et on ne sait pas trop la responsabilité de l’un ou de l’autre. Gaspard Bauhin en publia, en 1601, une critique assez virulente.
Il publie, en 1570, sa Chirurgie françoise, également à Lyon et traduit, en 1572, l’œuvre de Galien (Administrations anatomiques de Claude Galien, traduictes fidèlement du grec en françois par M. Jaques Dalechamps, … corrigées en infinis passages avec extrême diligence du traducteur). Il traduit également d’autres auteurs classiques comme Pline l'Ancien. Il a contribué, plus que beaucoup d'autres du XVIe siècle, à faire progresser les sciences et à vulgariser les œuvres de l’antiquité. Il a aussi effectué des traductions françaises de Paul d'Égine.