Jabarkan Real Madrid dari Karim Benzema

Pada 1 Juli 2009, Lyon mengumumkan bahwa mereka telah mencapai kesepakatan dengan klub Spanyol, Real Madrid, mengenai Benzema. Transfer tersebut bernilai €35 juta, namun nilainya dapat bertambah hingga €41 dengan adanya insentif. Pada 9 Juli, Benzema sukses melewati tes medis dan pada sore harinya menandatangani kontrak sepanjang enam tahun. Ia diperkenalkan secara resmi malam itu di Stadion Santiago Bernabéu, sama seperti para rekrutan baru seperti Kaká dan Cristiano Ronaldo. Benzema menjalani debutnya pada 20 Juli dalam pertandingan pramusim melawan tim Republik Irlandia, Shamrock Rovers di Dublin, tampil sebagai pemain pengganti saat jeda. Ia mencetak satu-satunya gol di laga tersebut, pada menit ke-87. Pada 24 Agustus, Benzema mencetak dua gol ke gawang klub Norwegia, Rosenborg, dalam ajang Trofi Santiago Bernabeu, di mana Madrid menang 4-0.

Benzema tampil untuk pertama kalinya di La Liga untuk Madrid pada 29 Agustus 2009 melawan Deportivo de La Coruña. Dia menjadi starter, tetapi digantikan pada babak kedua dan Madrid menang 3-2. Sebulan kemudian, ia mencetak gol pertamanya untuk Madrid dalam kemenangan 5-0 atas Xerez. Setelah tidak diturunkan di laga tengah pekan melawan Villarreal, ia mencetak dwigol pertamanya untuk Los Blancos dalam kemenangan kandang 3-0 atas Tenerife di akhir pekan. Ia tampil sebagai pemain Madrid di Liga Champions UEFA pertama kalinya pada 30 September, melawan tim Prancis, Olympique de Marseille, dan di laga tersebut, ia memberi "assist" untuk gol Cristiano Ronaldo. Setelah gagal mencetak gol sepanjang Oktober, ia menjebol gawang Milan di laga perdana Madrid pada bulan November di Liga Champions. Golnya kemudian dibalas sepakan penalti Ronaldinho. Pada 7 November, di El Derbi madrileño, ia memberi "assist" untuk Marcelo, dan Madrid menang 3-2.

Pada akhir November, Benzema mulai jarang tampil sebagai starter karena manajer Manuel Pellegrini lebih memilih Gonzalo Higuaín sebagai penyerang utama. Media Spanyol juga mengkritiknya karena performanya yang anjlok, serta kesulitannya beradaptasi di negara tersebut akibat dia belum mulai belajar bahasa Spanyol. Ia bahkan disebut sebagai "Anelka baru" oleh surat kabar Spanyol Marca. Benzema dibela oleh kompatriotnya, Zidane, yang mengatakan "setelah 2 bulan, saya juga dikritik" dan Benzema adalah seorang "pemain bertalenta dan pemain bertalenta di Madrid harus jadi seorang pemenang".

Pada 5 Desember, Benzema tampil sebagai pengganti untuk Rafael van der Vaart dan mencetak gol ketiga dalam kemenangan gemilang 6-0 atas Almería. Seusai pertandingan, ia merespon kritikan terhadapnya dengan mengatakan "Saya sudah berintegrasi penuh di sini dan sangat bahagia" dan "Ya, saya sudah meningkatkan adaptasi saya. Saya mempunyai rumah baru dan saya belajar bahasa Spanyol." Setelah hampir sebulan di bangku cadangan, Benzema menjadi starter bersama Higuain di laga tandang melawan Valencia pada 12 Desember dan memberi umpan untuk salah satu dari dua gol Higuaian. Sepekan kemudian, ia kembali ke bangku cadangan. Di ulang tahunnya ke-22, ia mencetak gol dalam laga kandang, dan Madrid menang 6-0 atas Real Zaragoza. Karena Higuain lebih banyak cedera pada awal Januari 2010, Pellegrini memutuskan untuk mengembalikan Benzema ke starting lineup. Setelah gagal mencetak gol di dua laga awal, ia langsung mencetak dua gol atas Deportivo pada 30 Januari, di mana Madrid menang 1-3 di kandang lawan. Setelah Higuain kembali, Benzema kembali turun ke bangku cadangan dan mengakhiri musim dengan tampil delapan kali berturut-turut sebagai pengganti.