Nach dem Studium der Biologie, Zoologie und Psychologie an der Universität zu Köln und der Promotion über genetische Fingerabdrücke absolvierte Benecke diverse polizeitechnische Ausbildungen innerhalb der Rechtsmedizin in den Vereinigten Staaten, darunter an der FBI-Academy.
Benecke wird als öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger herangezogen, um biologische Spuren bei vermuteten Gewaltverbrechen mit Todesfolgen auszuwerten. Er ist darüber hinaus Ausbilder an deutschen Polizeischulen sowie Gastdozent in den Vereinigten Staaten, Vietnam, Kolumbien und auf den Philippinen.
Benecke veröffentlichte mehrere populärwissenschaftliche Bücher, unter anderem über Kriminalfälle, Kriminalbiologie und das Altern aus biomedizinischer Sicht. Darüber hinaus gab er unter anderem für Ravensburger und Oetinger Kinder-Experimentierkästen und -bücher heraus. Mehrere seiner Bücher erreichten in der Spiegel-Bestsellerliste hohe Platzierungen. Seine ehemalige Frau, die Kriminalpsychologin Lydia Benecke, ist Mitautorin einiger seiner Bücher.
Er ist außerdem Gastherausgeber für die Forensic Science International (Forensic Entomology Special Issue) und Mitglied im Wissenschaftsrat der Gesellschaft zur wissenschaftlichen Untersuchung von Parawissenschaften. Er veröffentlicht Artikel in der Zeitschrift Skeptiker zu ausgefallenen Themen wie Spontane Selbstentzündung, Blutwunder (zusammen mit dem ZDF), Vampire, magnetische Berge und anderes.
Für die Annals of Improbable Research, die jährlich an der Harvard-Universität die Ig-Nobelpreise verleihen, arbeitet Benecke im Wissenschaftlichen Beirat.
Seit 2011 ist Benecke Vorsitzender des Vereins ProTattoo (Information, Schulung und Öffentlichkeitsarbeit für und von Angehörige/n der Tätowierbranche).