Hijo de José Benlliure y Gil, nació en Roma cuando su padre era director en la escuela de pintura en Roma. Allí conoció a José Villegas Cordero, Francisco Pradilla, Ferrat, Antonio Muñoz Degrain, Moreno Carbonero, Joaquín Sorolla, Manuel Benedito Vives, y Eduardo Chicharro.

Discípulo de Joaquín Sorolla, acompañó a su maestro en distintos viajes, ayudándole en sus exposiciones, siendo el encargado de redirigir las obras de decoración de la casa que se construyó Sorolla en Madrid

En sus últimas obras, entre las que destaca su autorretrato, se pueden observar las cualidades impresionistas de este pintor. Su padre legó una importante cantidad de obras al Museo de Bellas Artes de Valencia.

En 1913 ya instalado en Valencia junto a su padre, se centra en el retrato y en la pintura de genero costumbrista. En 1915 presenta el cuadro «La salida de misa de Rocafort» a la Exposición Nacional y se le otorga una segunda medalla. 

Entre sus obras cabe destacar: Carmen la Clavariesa, La Vieja del candil y La salida de misa de Rocafort ya citada. En 12-09-1916 muere en nuestra ciudad debido a una afección pulmonar que arrastraba desde hacía tiempo.