Germà de Joan Llimona. Format des de petit amb Frederic Trias, i després a Llotja, amb els Vallmitjana i amb Nobas. El 1880 obtingué, amb El fill pròdig, la pensió Fortuny per a estudiar a Roma, on anà amb el seu germà. Allà treballà al taller d’Enric Serra i assistí a l’acadèmia Gigi. El mateix 1880 enllestí les dues obres exigides per la pensió: Patrici romà (Museu d’Art Modern de Barcelona) i l’esbós eqüestre per al Ramon Berenguer el Gran (versió definitiva a la plaça de Ramon Berenguer de Barcelona). Novament a Barcelona, féu relleus per al monument a Colom (1886) i diverses obres per a l’Exposició Universal del 1888 —estàtua de Ramon Berenguer el Vell, fris de l'Arc del Triomf—, on també participà com a expositor i hi obtingué la medalla d’or per l’estàtua eqüestre romana.
Influït per la conversió del seu germà, fundà amb ell el Cercle Artístic de Sant Lluc i s’inicià en la temàtica religiosa (Mare de Déu del Roser, 1892; Consumatum est, 1896, del rosari monumental de Montserrat; Primera Comunió, 1897, Museu d’Art Modern de Barcelona; etc.). El 1900 presentà a Barcelona i a Olot —on sovint es retirava— una exposició de dibuixos de nus femenins, temàtica que en endavant tractà sovint. La mort de la seva muller el 1901 accentuà el seu caràcter introvertit. Complí nombrosos encàrrecs —molts d’ells per a monuments funeraris—, i en l’Exposició Internacional de Belles Arts de Barcelona del 1907 el seu Desconsol obtingué el premi d’honor. Féu diverses obres públiques, com el monument al Doctor Robert (1903-10), de Barcelona.
El 1909 esdevingué regidor de l’ajuntament de Barcelona i vocal de la Junta de Museus. Col·laborà amb Gaudí en el Primer Misteri de Glòria, del rosari monumental de Montserrat, amb un Crist ressuscitat (1914). A l’Exposició d’Art de Barcelona del 1920 hom li dedicà la sala d’honor d’escultura, i el 1924 féu una de les seves millors obres, el Sant Jordi —tema reiterat en ell—, de postura totalment insòlita en una estàtua eqüestre (parc de Montjuïc, Barcelona). Reelegit president de la Junta de Museus el 1931— ho havia estat ja del 1918 al 1924—, fou un dels principals artífexs de l’etapa d’esplendor dels museus barcelonins, i detingué el càrrec fins a la seva mort.
A part les exposicions de Barcelona, concorregué a exposicions de Madrid (1901 i 1915), Brussel·les (1914) i París (1919) i féu exposicions individuals a Buenos Aires i Rosario de Santa Fe (1925), a l’Argentina, on restaren diverses obres seves. Escultor d’èxit oficial —condecorat pels governs de França i Itàlia—, obtingué la primera medalla d’or de la ciutat de Barcelona que es concedí.
El desconsol, obra de Josep Llimona
© Lluís Prats
Fou un artista eclèctic que assimilà i estilitzà amb personalitat els corrents europeus que superaven l’anecdotisme vuitcentista —Rodin, Meunier, Bartholomé, etc—, entre els quals, evidentment, el simbolisme, motiu pel qual hom l’ha considerat com el principal escultor del Modernisme català, especialment a partir de la realització del seu cap femení Modèstia (1891). La principal característica del seu estil és una elegant contenció que asserena tant el potencial erotisme dels seus abundosos nus femenins —Joventut (1913, Museu d’Art Modern de Barcelona), Meditació (1917, col·l Llimona), La bellesa (1924, Barcelona, parc de Montjuïc), Cordèlia (1930, Barcelona, col·l Cendrós), etc.— com l’agressivitat de les seves figures masculines —El forjador (1914, parc de Montjuïc), monument als Màrtirs de la Independència (1925, Barcelona, plaça de Garriga i Bachs), etc— i que evita, en definitiva, la caiguda de la seva escultura en la retòrica. Aquesta contenció, la seva voluntat de servei i una actitud distant del grup definidor del Modernisme artístic afavoriren un cert entroncament d’ell amb l’òptica noucentista, ben exemplificat pel seu grup Catalunya i les ciències, fet per a la porta de la Biblioteca de Catalunya el 1912. Fou pare de Maria Llimona i Benet, de Rafael Llimona i Benet i del dibuixant Lluís Llimona i Benet (Barcelona 1898 — 1960).