Bonino har også vært aktiv i europeisk politikk. I ble hun 1979 innvalgt i Europaparlamentet. Hun ble valgt på nytt for en periode fra 1986 til 1988 og har deretter sittet som representant siden 1999. Fra 1995 til 1999 var hun medlem av Europakommisjonen, som kommissær med ansvar for fiskerisaker, forbrukerpolitikk og humanitær nødhjelp.