Fill del pintor Camil Llimós i Aubí. Estudià a l’Escola Massana i a l’Escola Superior de Belles Arts de Sant Jordi. Destacà dins del neofigurativism, i es donà a conèixer l’any 1964,, en una exposició que realitzaren conjuntament amb Arranz Bravo, Bartolozzi, Gerard Sala i d’altres. Aquests artistes treballaren en equip fins l’any 1969.
Després de la separació del grup se sentí atret pel conceptualisme i realitzà algunes accions com ara Llimós en marxa (1972). El 1973 reprengué la pintura figurativa, amb un llenguatge expressionista en què el color i la representació de la figura humana adquiriren un pes central. Per encàrrec realitzà un mural per a la família March destinat a la seva residència de Cala Ratjada (Mallorca), i tornà a interessar-se per la pintura de cavallet.
Treballà durant llargues temporades a Nova York, entre el 1975 i el 1983, i a Miami, entre el 1987 i el 1988.
La seva obra, que també inclou escultura, murals i obra gràfica, té presència en col·leccions com les del Museu d’Art Contemporani de Barcelona, el Museu Reina Sofia de Madrid i el Museu d’Art Modern Espíritu Santo de Brasil. Una de les seves escultures més conegudes és Marc, presentada als Jocs Olímpics d’Atlanta del 1996 i dedicada al seu fill, mort l’any anterior. La Vila Olímpica de Barcelona conserva una còpia d’aquesta obra.
El 2009, explicà que havia viscut una experiència que interpretava com un albirament d’éssers extraterrestres a la platja de Fortaleza, al Brasil. Aquell episodi marcà una nova etapa de la seva producció, que començà a incorporar figures d’aquests éssers.
El 1994 fou guardonat amb el Premi Nacional d’Arts Plàstiques de la Generalitat de Catalunya.