Zagrożenia Benzen podejrzewany o toksyczność był już w 1900 roku. Powoduje on zarówno ostre, jak i przewlekłe zatrucia. Zazwyczaj do zatrucia dochodzi poprzez wdychanie par przez układ oddechowy, jednak możliwa jest również absorpcja przez skórę i wchłanianie wraz z pokarmem. Około 6,4 g/m³ powoduje ostre zatrucie w ciągu godziny inhalacji, zaś dawka 10-krotnie większa powoduje natychmiastowy zgon.
Ostre zatrucie benzenem charakteryzuje się podrażnieniem skóry, rumieniem, odczuciem palenia. Benzen oddziałuje na ośrodkowy układ nerwowy powodując senność, bóle i zawroty głowy, utratę przytomności, niewydolność układu oddechowego, a w rezultacie zgon. Charakterystycznymi objawami są też: krwawienia z błon śluzowych, szybki i płytki oddech, drżenie kończyn, zaburzenia rytmu serca. Przy zatruciu drogą pokarmową dołączają się także wymioty i drgawki.
Dużo częstsze są zatrucia przewlekłe. Pierwsze objawy są niespecyficzne, są to zmęczenie, ból głowy, utrata apetytu. Dokładniejsze badania wykazują nieprawidłowości w składzie biochemicznym krwi. Najczęściej dochodzi do obniżenia liczby białych ciałek krwi, co powoduje spadek odporności i płytek krwi.