La carriera pugilistica di Nino Benvenuti comincia a tredici anni in una piccola palestra situata a Isola D'Istria spinto dalla passione che il suo stesso padre in gioventù aveva riversato in questo sport.

La sua ascesa comincia vincendo a livello locale tornei regionali e interregionali fino ad arrivare in Nazionale, imbattuto, nel 1955. Nell'anno successivo in una delle tante tournée della Nazionale Italiana per l'Europa, perde la sua imbattibilità in Turchia in un un match in cui molti sostengono avesse meritato la vittoria; con la pressione della federazione pugilistica italiana si cercò di cancellare questa "macchia" dal record del triestino, ma a tutt'oggi questa sconfitta, l'unica da dilettante, rimane nel suo palmarès.

Il 1956 si rivela un anno infausto per Benvenuti, dopo aver perso la madre, viene scartato dall'allenatore della Nazionale come partecipante ai Giochi Olimpici dello stesso anno.

Nel 1957 Benvenuti vince l'oro agli europei di Praga, successo bissato due anni dopo a Lucerna.

Il suo obiettivo rimane però L'Olimpiade, sogno cullato sin da bambino Benvenuti gareggia nei pesi welter e riesce a vincere tutti e quattro gli incontri previsti per arrivare all'Oro Olimpico nella sua categoria nel 1960.

Benvenuti ottiene, oltre all'oro, anche la prestigiosa coppa Val Barker, destinata al pugile tecnicamente migliore del torneo, "soffiandola" al mediomassimo Cassius Clay. Benvenuti, insieme a Patrizio Oliva, è l'unico italiano che si può fregiare di questo riconoscimento.

Si ritira dal mondo del dilettantismo con lo score di 120 vittorie e una sola sconfitta.