Arrivé à l'âge de 8 ans et demi aux Girondins de Bordeaux, Benoît Trémoulinas franchit toutes les étapes avant d'arriver chez les professionnels. Mais il mit beaucoup de temps à atteindre la dernière marche. Longtemps capitaine de l'équipe réserve, il se vit refuser l'accès à l'équipe première. Ce ne fut qu'à plus de 21 ans qu'il disputa enfin sa première rencontre dans l'élite, contre Le Mans.

Sous la houlette de Laurent Blanc, il commença à se faire une place au soleil, jouant 20 matches toutes compétitions confondues, en 2007-2008. La saison suivante, malgré l'arrivée de l'Argentin Diego Placente, il s'installa comme titulaire indiscutable au sein de la défense bordelaise. Il remporta le doublé championnat-Coupe de la Ligue 2009.

En 2009-2010, il confirma son statut d'homme de base du onze type de Laurent Blanc. Après le départ de son mentor vers la sélection nationale, Trémoulinas continua à prouver qu'il était bel et bien l'un des meilleurs arrières latéraux de France, malgré les mauvais résultats de l'ère Tigana.

Avec Francis Gillot, il poursuivit sa belle carrière bordelaise, découvrit l'équipe de France et remporta une Coupe de France en 2013. Il est à ce jour le dernier international en date issu de la formation girondine.

Alors qu'il lui restait une année de contrat, il fut transféré au Dynamo Kiev en juillet 2013. Une expérience malheureuse pour le Réunionnais qui retourna en prêt à Saint-Etienne avant de poursuivre sa carrière au FC Séville. Il remporta une Ligue Europa en 2015 avec le club andalou.

Mais à 33 ans, il annonça l'arrêt de sa carrière professionnelle, près de 3 ans après son dernier match officiel. La faute à un genou gauche qui le fit souffrir durant toute sa carrière...