ブレスラウに生まれ、殉教した神学者ディートリヒ-ボンホーファーの兄であった。 父は神経学者のカール-ボンホーファー、母はポーラ-フォン-ハゼであった。
ボンホーファーは1918年からテュービンゲンとベルリンで学び、1922年にベルリンでヴァルター-ネルンストに師事して博士号を取得した。 1923年から1930年までベルリンのカイザー-ヴィルヘルム物理化学研究所でフリッツ-ハーバーの助手を務めた。 1927年にベルリン大学の教授に就任した後、彼はベルリン大学の教授に就任した。 1930年、ボンホーファーはフランクフルト大学の物理化学の教授に任命された。 4年後、彼はライプツィヒ大学の物理化学の教授に任命されました。 1947年にベルリン大学の物理化学の教授となり、1971年にはカイザー-ヴィルヘルム物理電気化学研究所（現在のMPGのフリッツ-ハーバー研究所）の所長も務めた。
1949年、ゲッティンゲンのマックス-プランク物理化学研究所の所長に任命された。 研究所は、長い1971年に彼の死の後に再構築され、現在もカール*フリードリヒ*ボンホーファーとして知られているゲッティンゲンの生物物理化学のためのマックスプInstitute.In 1929年、ボンホーファーはポール・ハーテックとともに、水素、オルトヒドロゲン、パラヒドロゲンのスピン異性体を発見した。
彼は1957年にゲッティンゲンで58歳で死亡した。
