Su padre, Karl Ludwig Bonhoeffer (1868-1948), era profesor de psiquiatría y neurología, director de la clínica psiquiátrica de la Universidad de Breslau; y su madre, la pianista Paula von Hase, nieta del teólogo Karl von Hase —predicador de la corte del Kaiser Guillermo II— e hija de Klara von Hase que había sido pupila de Clara Schumann y Franz Liszt, tomó parte en la educación de sus ocho hijos (Karl-Friedrich, Walter, Klaus, Ursula, Christine, Dietrich, Sabine, Susanne).