Es llicencià en llengua i literatura estrangeres a la Universitat Bocconi de Milà. Aviat es convertí en la líder del Partit Radical italià, i el 1976 fou diputada al Parlament, on promogué diverses iniciatives per a legalitzar l’avortament i descriminalitzar les drogues. Participà activament en campanyes a favor de l’erradicació de la fam al món, i en contra de les activitats nuclears. Fou reelegida en les successives convocatòries a la Cambra dels Diputats fins el 2008, que fou designada vicepresidenta del Senat, càrrec que exercí fins el 2013.
El 1981 esdevingué presidenta del Partit Radical al Parlament italià. Posteriorment, accedí al càrrec de secretària general de l’Associació Internacional per a l’Alimentació i el Desarmament. El 1986 promogué al parlament italià campanyes de protecció dels drets humans. Fou primer presidenta (1991-93) i després secretària general (1993-94) del Partit Transnacional (antic Partit Radical). Des d’aquest càrrec promogué diferents campanyes internacionals: a favor d’un tribunal de guerra per a l’antiga Iugoslàvia, pel tribunal penal internacional, per una moratòria de la pena de mort, i per mesures per a combatre la sida. Entre el 1992 i el 1994, exercí de secretària de la presidència del Parlament italià, i representà Itàlia a l’ONU en les discussions sobre la creació del Tribunal Penal per crims contra la humanitat.
Al desembre del 1994, el govern italià la designà comissària a la Unió Europea, i hi ocupà les carteres de consum i pesca, i l’Oficina Humanitària (ECHO). Diputada al Parlament Europeu el 1999 i reelegida el 2004 per la Lista Bonino, ha continuat al capdavant de nombroses iniciatives humanitàries, entre les quals la missió de la UE per a l’observació de les eleccions a l’Ecuador el 2002, la campanya de ratificació del protocol de Maputo sobre els drets de les dones a l’Àfrica (2003), la Conferència Intergovernamental de Sana'a (2004) destinada a impulsar la democràcia als països àrabs i l’organisme italià per a la recollida de fons per als damnificats pel tsunami que afectà el sud-est asiàtic el 2005. En 2006-2008 ocupà el ministeri de polítiques europees del segon govern de Romano Prodi. L’abril del 2013 fou designada ministra d’afers estrangers del govern de coalició sorgit de les eleccions del febrer encapçalat per Enrico Letta.
El 1998 rebé el premi Príncipe de Astúrias de cooperació internacional i el 1999 el premi Nord-Sud del Consell d’Europa per a la defensa dels drets humans, la democràcia pluralista i les relacions internacionals.