En 1859, il intégra l'Académie Julian à Paris où il étudia pendant cinq ans, puis s'associa avec Edgar Degas pour former un atelier commune en 1863. Au fil des années, Bonnard se tourna progressivement vers une peinture plus intimiste et intérieure, et il développait déjà un style propre qui se caractérisait par ses couleurs chaudes, son traitement du clair-obscur et sa maîtrise de la composition.
En 1880, Bonnard rencontra Paul Gauguin qui l'encouragea dans sa démarche artistique, et les deux hommes fondèrent le groupe des Nabis. Les Nabis étaient un collectif d'artistes français, réunis autour de Paul Gauguin, Édouard Vuillard et Maurice Denis. Ils se caractérisaient par un style orienté vers l'art décoratif et le symbolisme, et leur travail était souvent imprégné d'une forte empreinte spirituelle et de références à la mythologie et aux cultures orientales.
En 1890, Bonnard rencontra Marthe de Méloche, qu'il épousa en 1891, et avec qui il alla habiter à Montparnasse à Paris. Le couple fit plusieurs voyages ensemble, dont un voyage au Maroc en 1915, qui laissèrent une forte empreinte dans les peintures de Bonnard.
Au fil des années, la carrière de Bonnard s'épanouit et il devient l'un des principaux représentants du mouvement fauve, notamment avec ses peintures colorées et expressives de nus et de scènes intimes. Il exposa régulièrement à partir de 1895 au Salon des indépendants et au Salon d'Automne.
Bonnard est mort en 1924 à Vernon-sur-Seine, dans l'Eure, à l'âge de 91 ans. Son travail a eu une grande influence sur les générations suivantes d'artistes français et internationales, et il est considéré comme l'un des maîtres du mouvement fauve.