Prové d'una família d'artistes i és un dels escultors més representatius del Modernisme.

Juntament amb el seu germà, el pintor Joan Llimona, freqüentà des de molt jove el taller del pintor Frederic Trias i ingressà aviat a la Llotja, on va rebre classes de pintura amb el mateix pintor i d'escultura amb Rossend Nobas. El 1880 va guanyar una beca per estudiar a Roma, on va marxar també amb el seu germà i on realitzà les primeres obres escultòriques, de caire més realista, les quals li valgueren una medalla a l'Exposició del 1888 de Barcelona i li permeteren de col·laborar en alguns dels edificis per al certamen, com ara en els relleus de l'Arc de Triomf.

Sant Lluc, fet que va provocar un gir en la seva concepció artística, que va tendir cap a l'idealisme, i va realitzar obres de temàtica religiosa.El 1893 fou un dels fundadors del Cercle Artístic de

L'obra més coneguda de l'escultor, Desconsol (1907; fons MNAC, i rèplica ampliada, del 1917, al Parc de la Ciutadella), mostra una clara influència d'Auguste Rodin i representa els trets bàsics del Modernisme: nu femení lliurat a l'abandó, però serè. Les seves obres més destacades les va elaborar quan el nou corrent noucentista ja havia pres pes, però sempre mantenint-se en els postulats modernistes, com, per exemple, a Joventut (1913; fons MNAC).