El 1948 féu la seva primera ascensió, i des d’aleshores els seus assoliments el convertiren en un dels més destacats representants de la història de l'escalada, i fou considerat un dels pares de l’anomenat estil alpí, consistent en una ascensió ràpida amb l’equipament mínim. El 1952 féu l’ascensió més coneguda, que dugué a terme al K2, a l’Himàlaia, durant la qual hagué de fer bivac a 8.100 m d’altitud amb un portejador, perquè els seus dos companys d’expedició havien canviat el lloc del campament, incident que donà lloc a una agra polèmica en el món de l’alpinisme que durà fins l’any 2008 quan fou resolta definitivament en favor de Bonatti.
Posteriorment, escalà sobretot en solitari. Obrí nombroses vies als Alps. Coronà, entre altres, el pilar SO de l’agulla del Dru (1955), posteriorment conegut com a pilar Bonatti; el Gasherbrum IV (7.925 m), a l’Himàlaia, en primera ascensió, juntament amb Carlo Mauri (1958); la cara N hivernal del Cerví (1965); la primera ascensió al cerro Mariano Moreno (1958), als Andes, al Rondoy North (1961), també als Andes, en la qual moriren quatre dels set membres de l’expedició, i la cara N de les Grandes Jorasses en solitari (1949) i a l’hivern (1963).
El 1965 es retirà de l’alpinisme i es dedicà al periodisme de muntanya i d’aventura. Fou autor d’una desena de llibres, entre els quals sobresurt Le mie montagne (1961). Altres títols: I giorni grandi (1972), Ho vissuto tra gli animali selvaggi (1980), La mia Patagonia (1986), Un modo di essere (1989), Montagne di una vita (1995), In terre lontane (1997), Solitudini australi (1999), Una vita così (2001), K2 La verità - storia di un caso (2006), Un mondo perduto (2009).
Entre altres guardons, rebé l’Orde de la Legió d’Honor francesa amb el grau d’oficial (2002) i el títol de cavaller de la Gran Creu de la República Italiana (2004), que refusà per haver-lo de compartir amb un dels expedicionaris del K2, i el Piolet d’Or (2009) de la revista Montagnes.