Tras cursar las primeras letras en las Escuelas Pías de Valencia, pasó al Seminario Conciliar Central, donde concluyó la carrera eclesiástica con los grados de doctor en Teología y Derecho Canónico. Ordenado sacerdote el 25 de febrero de 1888, desempeñó la docencia en la Universidad Pontificia y otros ministerios parroquiales, entre ellos, rector de la parroquia de los Santos Juanes. En 1899 fue nombrado vicario general de Segovia y chantre de la catedral. Al fallecer el obispo Quesada y Gascón, en 1900, fue elegido vicario capitular de la diócesis segoviana.

El 16 de noviembre de 1901, León XIII lo nombró obispo titular de Hermópolis y administrador apostólico de Solsona, diócesis que debía haber sido suprimida en virtud del Concordato de 1851, y por ello estuvo gobernada durante muchos años por vicarios capitulares y administradores apostólicos. Su consagración episcopal tuvo lugar el 2 de febrero de 1902 en la iglesia de San Francisco el Grande, de Madrid, donde Benlloch era conocido como brillante orador sagrado. La tenía que haber recibido de manos del nuncio Rinaldini, asistido por los obispos de Segovia, José Cadena Eleta, y Jaén, Salvador Castellote Pinazo, pero una repentina indisposición le privó al nuncio de poder realizar este acto, sustituyéndolo el obispo titular de Sión, Jaime Cardona Tur, vicario general castrense. Durante los años que gobernó la diócesis de Solsona destacó por su empeño en defender los derechos históricos de la misma, en un momento en que se intentaba suprimirla. Creció su fama como orador, llegando a predicar ante el rey Alfonso XIII y ante el presidente del Gobierno, así como en diversos actos celebrados en Roma, en la Iglesia Nacional Española de Montserrat y en la basílica de Santa María sopra Minerva, ante los futuros papas Benedicto XV y Pío XII, que entonces eran, respectivamente, monseñor Giacomo Della Chiesa, sustituto de la Secretaría de Estado, y monseñor Eugenio Pacelli, secretario de la Congregación de Asuntos Eclesiásticos Extraordinarios. [...]