Es formà a la Facultat de Lletres i Ciències Humanes de la Universitat de Tolosa (1952-55) sota la direcció de Philippe Wolff. Obtingué el diploma d’estudis superiors (1955) amb el treball La organización del trabajo en Barcelona a fines del siglo XV (1975), fruit d’una primera recerca en arxius barcelonins (1954-55) sota la direcció de J. Vicens i Vives. Agregat d’història el 1957, després d’haver ensenyat en liceus de Marsella i Tolosa (1957-62) passà a exercir la docència a la Universitat de Toulouse-Le Mirail (1962-97). Entre el 1961 i el 1972, amb estades freqüents als arxius de Vic, la Seu d’Urgell, Barcelona (ACA) i Montserrat, preparà una tesi doctoral sobre la Catalunya dels segles X i XI, que defensà l’any 1973 davant un tribunal presidit per G. Duby i format per Ph. Wolff, G. Caster, M. Durliat, R. Fossier i Ch. Higounet. Fou publicada originàriament en francès, amb el títol La Catalogne du milieu du Xe à la fin du XIe siècle. Croissance et mutations d’une société (2 vol., 1975-76), i traduïda i editada en català: Catalunya mil anys enrera (segles X-XI) (2 vol., 1979-81). Aquesta tesi canvià la percepció de l’evolució de la societat catalana medieval i ha orientat poderosament la recerca dels medievalistes catalans dels darrers vint anys. Escrita sota la influència de la investigació de Duby, que havia descobert una fractura històrica en l’evolució de la societat de la Borgonya entorn de l’any 1000, la tesi de Bonnassie (com també la de J.P. Poly sobre la Provença, i posteriorment les de Ch. Lauranson-Rosaz sobre l’Alvèrnia i J.J. Larrea sobre Navarra) demostrà que el canvi era un fenomen geogràficament ampli, general, i afectava tot el sistema social. Així, el model català entrà de ple en el debat dels medievalistes sobre la feudalització, i la recerca de Bonnassie esdevingué l’exponent més clar de la visió del canvi o mutació feudal com un fenomen relativament ràpid, curt en el temps i traumàtic, que pressuposà el dislocament de la societat tradicional prefeudal, d’arrel antiga, i l’establiment d’una nova societat que convencionalment s’anomena feudal. Al marge d’aquesta tesi, sens dubte l’obra cabdal de l’autor i una de les més importants del medievalisme europeu del darrer quart del segle XX, Bonnassie ha publicat el llibre d’orientació pedagògica Les cinquante mots clefs de l’historire médiévale (1981), traduït i editat en castellà amb el títol Vocabulario básico de la historia medieval (1983), i nombrosos articles d’investigació, generalment altmedieval i d’època feudal, principalment referits a Occitània i Catalunya, orientats temàticament a la història social i econòmica i a les relacions de vassallatge.
És de destacar l’atenció amb què ha examinat les condicions socials dels rustici (esclaus, pagesos) de l’Alta Edat Mitjana i les seves vicissituds fins a transformar-se i donar origen a la pagesia del feudalisme. L’interès per conèixer i fer conèixer les privacions i explotacions que patien les classes inferiors revelen en la personalitat de Bonnassie una acusada sensibilitat social i política. A aquest ordre de preocupacions obeeixen treballs com Les communautés rurales en Catalogne et dans le pays valencien (IXe-milieu XIVe siècle) (1984), Survie et extinction du régime esclavagiste dans l’Occident du haut Moyen Âge (IVe-XIe s.) (1985), Consommation d’aliments immondes et cannibalisme de survie dans l’Occident du haut Moyen Âge (1989), Marc Bloch, historien de la servitude. Reflexions sur le concept de “classe servile” (1990), Les paysans du royaume franc au temps d’Hugues Capet et de Robert le Pieux (987-1031) (1992) i Le rapport de l’homme à la terre ou les deux sens du mot culture (1996). Aquests estudis de Bonnassie i altres, dedicats a aspectes com la circulació monetària, les sagreres, l’hagiografia, la pau de Déu, els orígens del catarisme i la gènesi de les estructures feudals, es troben recollits en un volum miscel·lani que porta per títol Les sociétés de l’an mil. Un monde entre deux âges (2001), on figura també el repertori de la seva producció escrita des del 1955 amb un total de 105 treballs.
Continuant la tasca del seu mestre Wolff, que estigué en contacte amb els medis universitaris del sud dels Pirineus (de Catalunya i sobretot Aragó) i amb els seus centres de recerca, on envià alguns dels millors deixebles, Bonnassie ha fomentat també l’intercanvi d’estudiants entre les universitats de Tolosa i les del nord peninsular (sobretot les de Barcelona i Vitòria), i ha contribuït poderosament a formar alguns dels joves medievalistes de les universitats espanyoles, com el català Lluís To i el basc Juan José Larrea. Ha obtingut el premi Gobert de l’Académie des Inscriptions et Belles Lettres i el premi Catalonia de l’Institut d’Estudis Catalans, i ha estat investit doctor honoris causa per la Universitat Autònoma de Barcelona (1992).