Bonvin connait une enfance malheureuse et sans fortune. Il apprend le dessin dans un cours gratuit. Pour gagner sa vie, il devient compositeur d'imprimerie puis employé à la préfecture de police. Il profite de son temps libre pour courir les musées dont le Louvre où il étudie les maîtres flamands et hollandais. Il étudie le soir à l'atelier des Gobelins et à l'Académie Suisse.

A partir de 1848, il se spécialise dans la peinture de paysage, sujet pour lequel il est doué. Il envoie 3 tableaux au Salon de 1849 qui lui valent une médaille de troisième classe. Ce succès qui lui apporte une commande officielle le décide à se consacrer uniquement à la peinture. Ses toiles sont bien accueillis au Salon et par le public. Il participe au Salon des Refusés avec Courbet qu'il compte parmi ses amis. Il effectue de nombreux voyages en Flandres et en Hollandes, terre de ses peintres préférés.

La reconnaissance officielle vient sous la forme de la Légion d'honneur en 1870.

Il subit une opération en 1881 qui ne rétablit pourtant pas sa santé. Il devient aveugle et ne doit de ne pas être réduit à la misère qu'au soutien de ses amis. Une exposition rétrospective en 1886 et une vente à son bénéfice en 1887 sont organisées par ceux-ci.