Benelli ingresó en el Seminario de Pistoia en 1931, y luego asistió a la Pontificia Universidad Gregoriana y a la Academia Pontificia Eclesiástica, ambas en Roma.

A sus 22 años, no había alcanzado aún la edad canónica para la ordenación sacerdotal, por lo que requirió de una dispensa especial.

Benelli terminó sus estudios en la Universidad Gregoriana en 1947, y ejerció su ministerio pastoral en Roma hasta 1950.

También trabajó estrechamente con su antiguo maestro, ahora el papa Pablo VI, y permaneció en este puesto durante diez años.

Durante el cónclave de agosto, Benelli apoyó a Albino Luciani, que resultó finalmente elegido.