Bonomilla oli luonnontieteellinen ja oikeustieteellinen koulutus. Hän kuului aluksi sosialisteihin ja hän toimi vuosina 1898–1903 sosialistisen puolueen (PSI) pää-äänenkannattajan, "Avantin!" päätoimittajana. Myöhemmin hän oli Milanossa ilmestyneen "Tempo"-lehden sekä aikakauslehti "Critica Socialen" päätoimittaja. Bonomi valittiin parlamenttiin sosialistien edustajana vuonna 1909 Mantovasta. Hän kuului puolueessaan Leonida Bissolatin johtamaan maltillisten reformisosialistien ryhmään, jotka erotettiin vuonna 1912 PSI:stä maltillisuutensa sekä Italian–Turkin sodan kannattamisen vuoksi, ja jotka perustivat sen jälkeen reformistisen sosialistipuolueen (PSRI). Bonomi tuki Italian osallistumista ensimmäiseen maailmansotaan ja hän toimi 1916–1917 yleisten töiden ministerinä Paolo Bosellin hallituksessa. Maaliskuusta 1920 heinäkuuhun 1921 hän oli sotaministerinä Francesco Saverio Nittin ja Giovanni Giolittin hallituksissa, missä ominaisuudessa hän osallistui neuvotteluihin Jugoslavian kanssa solmitusta Rapallon sopimuksesta. Giolittin väistyttyä Bonomi tuli itse pää- ja sisäministeriksi heinäkuussa 1921, mutta hänen hallituksensa tuki parlamentissa oli heikko, eikä se kyennyt hillitsemään fasistien ja kommunistien keskinäisiä väkivaltaisuuksia. Bonomi erosi helmikuussa 1922 ja hänen seuraajakseen tuli Luigi Facta.