I Kairo rev demonstranter ner flaggan från den amerikanska ambassaden. I båda städerna utlöstes attackerna av ilska över en USA-producerad film som ansågs vara en förolämpning mot profeten Muhammed.
I Benghazi drabbade libyska säkerhetsvakter samman med beväpnade angripare som sköt med automatvapen och avfyrade raketdrivna granater mot USA:s konsulat.
En amerikan, anställd vid konsulatet dödades, bekräftade senare utrikesminister Hillary Clinton. Enligt libyska myndigheter skadades flera andra. Byggnaden evakuerades och övrig personal uppgavs vara i säkerhet.
När säkerhetsstyrkorna retirerade för angriparna såg Reuters reportrar hur plundrare tog sig in i den tomma konsulatbyggnaden och kom ut bärande på skrivbord stolar och tvättmaskiner.
Förbipasserande gick in i konsulatet och tog bilder med sina mobiltelefoner. Då sågs inga libyska säkerhetsstyrkor längre till och vägspärrarna hade hävts.
- Styrkorna råkade ut för häftig eldgivning och vi var inte beredda på kraften i angreppet, sade en talesman för Libyens högsta säkerhetskommitté.
I Egyptens huvudstad Kairo togs sig ett tiotal demonstranter in på den amerikanska ambassadens område. De rev ner och brände USA:s flagga och ersatte den med en svart fana med den muslimska trosbekännelsen.
AFP:s fotograf rapporterade att omkring 3 000 personer, de flesta anhängare till den konservativa sunnitiska Salafiströrelsen, hade samlats utanför ambassaden.