Benelli rencontre le succès en compétition à partir de 1927 avec ses 175 à simple arbre à cames en tête commandé par cascade de pignons. Le système breveté par la marque est innovant et permet à l'ensemble cylindre et culasse de se dilater sans impacter la distribution et modifier le jeu aux soupapes. Il est aussi possible de déposer la culasse sans toucher à la distribution. Ils décident en 1933 de monter en gamme, et, sans passer par la case 250 ou 350, ils présentent une 500 empruntant la même architecture. La 250 n'arrive que deux ans plus tard.

La première version est un modèle de tourisme : la 4TN Turismo. Le moteur ne passe pas inaperçu avec ses carters volumineux dus au graissage par carter humide, l'huile étant contenue à l'avant. Une pompe double à engrenages envoie le lubrifiant sur les organes mécaniques et le retour dans le réservoir via un petit radiateur ajouté devant le cylindre. Mais ce qui attire l'œil et permet de reconnaître une Benelli à coup sûr est la distribution par cascade de pignons sur le côté droit du moteur. Elle ne comprend pas moins de 9 pignons, tous différents, et est protégée par un splendide carter en forme de T renversé dans le cas d'un allumage par magnéto disposée à l'arrière du cylindre, mais amputé de sa partie arrière pour un allumage par batterie-bobine.  L'échappement est double. La boîte de vitesse, Albion ou Burman suivant les versions, comporte 4 rapports commandés par un levier à la droite du réservoir. La fourche est à parallélogramme à ressort central et il n'y a pas de suspension arrière. Elle est présentée en noir avec un réservoir largement chromé. Un tableau de bord complet comprenant une horloge, un compteur et un indicateur de pression d'huile est disponible en option. 

Le modèle Sport 4TS arrive en 1935. Les différences les plus visibles sont des échappements relevés, le sélecteur au pied et la peinture rouge. Les performances font un bon en avant, passant de 17 ch et 115 km/h à 24 ch et 140 km/h. La 4TS est profondément remaniée pour 1936. Elle dispose d'un nouveau cadre, un double berceau interrompu, permettant d'abaisser le moteur de 2,5 mm et d'améliorer la stabilité. Elle gagne aussi une suspension arrière coulissante amortie par des ressorts à friction, l'ensemble dûment breveté par Benelli l'année précédente. Enfin, la difficulté de s'approvisionner en équipements étrangers dans l'Italie de la fin des années 30 impose le passage à un carburateur Dell'Orto à la place du Amal et la boîte de vitesse est maintenant une Benelli lubrifiée à la graisse. Les évolutions seront ensuite mineures jusqu'en 1940.

L'aboutissement de la gamme est la 4TSS Super Sport sortie en 1938. Elle est une des meilleures sportives de son temps et rivalise avec la Moto Guzzi Condor ou la Gilera VTE Speciale. Seule une petite quantité sera fabriquée avant le début de la guerre. Elle développe environ 28 ch et atteint les 155-165 km/h. La production des Benelli 500 à simple arbre à cames d'arrête en 1940.