Nakon što je 2005. godine započeo karijeru u Interu, Bonucci je nekoliko sezona proveo na posudbi u Trevisu i Pisi, prije nego je 2009. potpisao za Bari. Njegova obrambena suradnja s Andreom Ranocchijom i izvrsne partije donijele su mu transfer u Juventus, gdje je, zajedno s Giorgijom Chiellinijem i Andreom Barzaglijem, postao ključni igrač u obrani. U periodu od 2012. do 2016. godine osvojio je pet uzastopnih naslova prvaka Italije. Godine 2017. potpisao je za Milan, u potezu koji je došao kao veliko iznenađenje za nogometni svijet, a koji je bio posljedica lošeg odnosa s trenerom.