Han Var en eldre bror av Martyrteologen Dietrich Bonhoeffer. Hans far var nevrolog Karl Bonhoeffer og hans mor Var Paula von hase.
Bonhoeffer studerte fra 1918 I Tü Og Berlin, og fullførte Sin Doktorgrad I 1922 i Berlin med Walther Nernst. Fra 1923 til 1930 var han assistent Hos Fritz Haber ved Kaiser Wilhelm Institute For Physical Chemistry And Elektrochemistry I Berlin Dahlem. Etter Habiliteringen i 1927 ble han professor ved Universitetet I Berlin. I 1930 Ble Bonhoeffer utnevnt til professor I Fysikalsk Kjemi ved Universitetet I Frankfurt. Fire år senere ble han utnevnt til professor I Fysikalsk Kjemi ved Universitetet I Leipzig. Han ble professor i fysikalsk kjemi ved Universitetet I Berlin i 1947
Bonhoeffer var også direktør For Kaiser Wilhelm Institute for physical and electrochemistry (Nå Fritz Haber Institute OF MPG).
I 1949 ble han utnevnt til direktør For Max Planck Institutt For Fysikalsk Kjemi I Gö. Instituttet ble omstrukturert lenge etter hans død i 1971 og er Nå Max Planck Institute For Biophysical Chemistry I Gö, også kjent Som Karl-Friedrich Bonhoeffer Institute.In 1929 Bonhoeffer, sammen Med Paul Harteck, oppdaget spin isomerer av hydrogen, ortohydrogen og parahydrogen.
han døde I Gö i 1957 i en alder av 58 år.
