В 1837 году Николаю Бенуа поручили первую самостоятельную работу — перестройку Первой Санкт-Петербургской гимназии. Позже он работал в Москве под началом Константина Тона на строительстве храма Христа Спасителя. В 1845 году акварельные рисунки Бенуа заинтересовали Николая I, путешествовавшего по Италии. После представления вице-президента Академии художеств Федора Толстого Николай Бенуа был зачислен на службу в Кабинет Его Императорского Величества. В 1857 году по предложению Александра Брюллова он стал профессором Академии художеств, преподавал молодым архитекторам и продолжал активно трудиться, занимался общественной работой, в том числе в качестве гласного городской думы Санкт-Петербурга. В своих проектах — вполне в духе времени — он обращался к разным архитектурным стилям: неоготике, неоренессансу, необарокко, «большому стилю» Людовика XVI, русскому стилю.
В 1848 году Николай Леонтьевич женился на Камилле Стефании Кавос (1828–1891), дочери известного архитектора Альберта Катариновича Кавоса (1800–1863), построившего Мариинский театр в Петербурге и перестроившего Большой театр в Москве после пожара 1853 года. Ее прадед Джованни Кавос был директором театра Фениче в Венеции, а дед Катарино Камилло Кавос (1775–1840) — композитором. В 1797 году Катарино Кавос переехал из Венеции в Германию, а затем в Санкт-Петербург, где в 1799 году стал директором Итальянской оперы, а в 1832 году — директором оперных Императорских оркестров. От семьи Кавос молодые представители семей Бенуа и Лансере, в том числе Зинаида Серебрякова, унаследуют увлечение театром.
Катарино Кавос. Рисунок начала XIX в.
В 1854 году Николай Леонтьевич Бенуа получил орден Святого князя Владимира IV степени, что давало права потомственного дворянства, и можно считать, что с этого времени семья Бенуа принадлежала к дворянскому сословию. Дворянство было потомственным, но передавалось только по мужской линии, поэтому Зинаида Серебрякова унаследовала дворянство не от своей матери Екатерины Николаевны Бенуа, а от отца Евгения Лансере, который также принадлежал к дворянскому сословию. Дворянство Бенуа имеет не очень длинную историю — предки семьи во Франции были хлебопашцами и учителями, и только приехав в Россию, семья приобрела титул и принадлежность к потомственному дворянству.
От Николая Леонтьевича и Камиллы Стефании происходит более половины всех представителей художественных профессий семьи Бенуа. Все восемь детей архитектора рисовали, а трое (Альберт, Леонтий и Александр) избрали искусство делом жизни. В 1886 году в книге
В. И. Думитрашки.
Интересно проследить, как менялось количество детей в семье Бенуа на протяжении XVIII–XIX веков. В то время большое количество детей было нормой скорее для зажиточных крестьян; в дворянских же семьях редко рождалось более 10 детей, поэтому можно говорить о том, что семья Лансере — Бенуа — Серебряковых в этом смысле была для своего времени не совсем типичной. Так, у Никола Бенуа во второй половине XVIII века было 12 детей, у его сына Луи Жюля в конце XVIII — начале XIX века родилось 18 детей. У Николая Леонтьевича в середине XIX века — 9 детей. У его дочери Екатерины — в 1870–1880-е годы — 6 детей. А у Зинаиды Серебряковой будет только четверо.
В 1832 году, во время обучения Николая Леонтьевича в Академии художеств, семья Бенуа переехала из района Смольного института к Никольскому морскому собору, в трехэтажный дом № 18 на Никольской улице (ныне улица Глинки, 15), купленный Луи Жюлем у полковника Всеволода Васильевича Баженова (сына прославленного архитектора) в 1808 году.
Построенный в 1803–1805 годах при возможном участии архитектора Лаврентия Ивановича Миллера, женатого на родной сестре Анны Катарины Гропп Марии, дом был надстроен четвертым этажом в 1848–1849 годах по проекту Николая Леонтьевича и стал родовым гнездом Бенуа.
В этом доме появлялись на свет дети Бенуа — дочери Камилла (в 1875 г. вышла замуж за Матвея Яковлевича Эдвардса) и Екатерина (в 1874 г. вышла замуж за скульптора Евгения Александровича Лансере) и сыновья Альберт (1852–1936) и Александр (1870–1960), знаменитые художники, Леонтий (1856–1928), архитектор, а также Николай, Юлий и Михаил.