Nacido en una familia de artistas —su padre Juan Antonio Benlliure Tomás fue marinero, pintor y decorador y es hermano de los pintores Blas y Juan Antonio y del escultor Mariano—, cultivó en su pintura la temática costumbrista y el retrato. Comenzó sus estudios artísticos a los doce años junto a Francisco Domingo Marqués. Tras pasar una temporada en Madrid, en 1879 se trasladó a Roma, donde fue director de la Academia Española de Bellas Artes entre 1903 y 1913. Ganador de terceras medallas en las Exposiciones Nacionales de 1876 y 1878 y primera en la de 1887. Tras su muerte, su casa y estudio fueron convertidos en museo.

En el CBA se conserva su obra El naranjero, que fue una de las piezas de la exposición antológica José Benlliure Gil del Centre del Carme en Valencia en 2008.