Бенуа Николай Леонтьевич родился в Санкт-Петербурге в семье потомков французских эмигрантов. Окончил лютеранскую школу Петра и Павла. В 1827—1836 гг. учился в Академии художеств сначала у В. А. Глинки, затем у X. Ф. Майера. По окончании был определен помощником к К. А. Тону и участвовал в его основных постройках в Санкт-Петербурге, а с 1838 г.— в Москве.

С 1842 по 1846 гг. вместе с А. И. Кракау и А. Н. Резановым находился в качестве пенсионера в Германии, Франции, Швейцарии, Австрии, Англии, а также Италии, где занимался обмерами собора в Орвиетто.

В 1846 г. вернулся в Россию. В 1848 г.— академик, с 1858 г. до конца жизни — профессор Академии художеств.

С 1850 г.— главный архитектор Петергофа, в 1863—1873 гг.— главный архитектор императорских театров.

С 1872 г.— председатель технического отделения Городской управы Санкт-Петербурга (должность, соответствующая главному архитектору города).

В 1890—1893 гг.— председатель Санкт-Петербургского общества архитекторов.

Родоначальник семьи Бенуа, прославившейся в истории русского искусства. Крупнейший педагог и общественный деятель, человек огромной культуры, Бенуа, несмотря на скромный личный вклад в архитектуру XIX в., оказал огромное влияние на ее развитие и культуру строительства. Лучшие архитектурные работы Бенуа выполнены в стиле неоготики, отличаются изысканной фор¬мой и прекрасными функционально-планировочными решениями.

Основные работы: 
   - вокзал, Фрейлинские корпуса, корпус «Под гербом», придворные конюшни, придворный госпиталь, почта в Петергофе;
   - вокзал в Стрельне, Красном Селе и Троице-Сергиевой пустыни по Петергофской железной дороге;
   - перестройка Мариинского театра и театра в Гельсингфорсе;
   - комплекс зданий в Лисинском учебном лесничестве.