Hijo del neurólogo y psiquiatra Karl Bonhoeffer y de la condesa Paula von Hase, hija del teólogo Klaus von Hase.

Cursó estudios junto a Dietrich Bonhoeffer, quien era su hermano y Hans von Dohnanyi en el Liceo (Gymnasium) de Grunewald, Berlín, y en Heidelberg.

El 3 de septiembre de 1930, se casó con Emmi Delbrück, la hija de Hans Delbrück y hermana de Max Delbrück.

Trabajaba como abogado de la Lufthansa.

Fue arrestado en 1944, encarcelado y ejecutado el 23 de abril de 1945 junto con otros doce implicados, entre ellos Rüdiger Schleicher y Friedrich Justus Perels, cuando las tropas rusas estaban a las puertas de Berlín.