Se interesó desde pequeño por la fauna que le rodeaba, realizando viajes de recolección, preparando ejemplares y anotando sus observaciones.
Se convirtió en miembro de la Reale Società Agraria di Torino en 1807 cuando presentó sus primeros estudios relacionados con los coleópteros del Piamonte.
Bonelli siguió este consejo para obtener una cátedra de profesor en la nueva universidad.
En 1811, Bonelli escribió un Catálogo de las aves del Piamonte, en el que describió 262 especies.
Ese mismo año describió el águila perdicera (Hieraaetus fasciatus), que también fue nombrada por Vieillot en 1822.