Dr Balshaw blir den första kvinnliga regissören i Tates 120-åriga historia och kommer att ersätta Sir Nicholas Serota, som har suttit vid rodret sedan 1988.
Hon tar ansvar för Tate Modern och Tate Britannien i London samt förskjutningar i Liverpool och St Ives.
Under hennes ledning hade Whitworth en prisbelönt expansion 2015. Hon driver också Manchester Art Gallery.
Dr Balshaw sa att hon kommer att fokusera på att utveckla organisationens rykte som "konstnärligt äventyrlig".
Hon tillade: " Jag är oerhört glad över att få leda Tate i nästa kapitel i livet. Jag ser fram emot att utveckla Tates rykte som världens mest konstnärligt äventyrliga och kulturellt inkluderande galleri."
Balshaw, vars utnämning godkändes av premiärminister Theresa May, är galleriets nionde chef och tillträder sin nya tjänst den 1 juni.
Lord Browne, ordförande för Tates förvaltare, sade: " Trustees och jag vet att Maria har visionen, drivkraften och resningen för att leda Tate in i sin nästa utvecklingsfas. Vi ser entusiastiskt fram emot att arbeta med henne på samma sätt som hon gör det."
En ambitiös, karismatisk och outtröttlig aktör som beundras av konstnärer och administratörer, Dr Balshaw har varit en av nyckelpersonerna i Manchesters kulturella renässans under det senaste årtiondet.
Hon tog över Whitworth 2006 och tog sedan över det största medborgargalleriet, Manchester Art Gallery, 2011. De har varit bra träning för Tate - man kan säga att den samtida Whitworth är Tate Modern i Manchester, medan den mer traditionella Manchester Art Gallery är motsvarigheten till Tate Britannien.
Hon har varit Manchesters stadsfullmäktiges kulturledare, sitter i konstrådet Englands styrelse och utsågs till CBE 2015. Hon bevisade sin vision och sitt ledarskap med den 15 miljoner ombyggnad av Whitworth, som utsågs till årets museum av Konstfonden 2015.
Hon hjälpte också till att övertala dåvarande förbundskansler George Osborne att inkludera en konstplats på 110 miljoner pund, The Factory, i hans norra Powerhouse planer.
Men hon är lika hemma med världens ledande konstnärer - hon har skapat starka relationer med Gerhard Richter, Marina Abramovic och Cornelia Parker.
Hennes Whitworth-utställningar har visat en passion för arbete från världens alla hörn, från den utmärkta nuvarande Warhol-utställningen till hennes älskade Västafrikas konst och arbete som ger hennes rum livgivande, inte statiska. Vilket sammanfattar henne ganska bra.
Hon har stora skor att fylla. Under sina 29 år som chef har Sir Nicholas byggt upp Tate för att vara ett av världens mest framgångsrika konstvarumärken.
Tate Modern ensam får 4,5 miljoner besökare per år och har just öppnat en 260 meter ny förlängning. Tate St Ives är för närvarande stängd för renovering och kommer att öppnas igen i mars.
När han tillkännagav sin avgång ställde Sir Nicholas upp en utmaning för sin efterträdare och sade att Tate fortfarande har "potentialen att nå bred publik i Storbritannien och utomlands, genom sina egna program, partnerskap och online".
Sir Nicholas blir nu ordförande i Arts Council England.
Maria Balshaws utnämning som chef för Tate ser henne gå med i ett växande antal kvinnor i topp jobb i den brittiska konstinrättningen.
Bland annat Frances Morris, som blev Tate Moderns regissör förra året, Jude Kelly, konstnärlig ledare för Londons Southbank Centre och Tamara Rojo, konstnärlig ledare samt huvudledare på English National Ballet.
Vicky Featherstone och Josie Rourke leder Londons Royal Court och Donmar Warehouse teatrar, medan Erica Whyman är biträdande konstnärlig ledare för RSC och Cressida Pollock har varit ENO:s verkställande direktör sedan 2015.
I filmens värld innehar ett par Amandas - Berry och Nevill - chefsbefattningarna på Bafta respektive BFI.
Som medarrangör till den årliga Glastonburyfestivalen intar Emily Eavis utan tvekan en av de mest inflytelserika inläggen i den brittiska musikscenen.
Men inte hälften så inflytelserik som Karen Bradley MP:s nuvarande roll - statssekreterare för kultur, medier och idrott.
Följ oss på Facebook, på Twitter @BBCNewsEnts, eller på Instagram på bbcnewsents. Om du har en berättelse förslag e-post underhållning.news@bbc.co.uk.
Maria Balshaw, chef för Manchesters hyllade Whitworth Art Gallery, har valts ut för att leda Tate konstimperiet.