Léon Joseph Florentin Bonnat nació el 20 de junio de 1833 en la ciudad de Bayona, en el departamento de los Pirineos Atlánticos, dentro del seno de una familia de comerciantes locales encabezada por Joseph Bonnat y su esposa Jeanne Ytier. Durante los primeros meses de 1846, la inestabilidad de las finanzas del comercio paterno motivó el traslado de todo el grupo familiar a la ciudad de Madrid, donde el negocio de venta de libros y accesorios importados buscaba reestructurar sus ingresos. En la capital española, el joven Bonnat ingresó formalmente como alumno en la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando, donde quedó bajo la dirección técnica directa de los maestros José de Madrazo y Federico de Madrazo. Como complemento obligatorio de sus lecciones académicas, obtuvo los permisos institucionales para trabajar como copista en las salas del Museo del Prado, dedicando jornadas diarias a analizar la estructura técnica, la preparación de los lienzos y las veladuras de Diego Velázquez, Jusepe de Ribera, Bartolomé Esteban Murillo y Francisco de Goya. La repentina muerte de Joseph Bonnat en la capital española en 1854 provocó la quiebra comercial definitiva de la tienda y obligó a la viuda y a sus hijos a regresar de inmediato a su ciudad natal de Bayona.
Carente de capital privado para continuar sus estudios artísticos en Francia, la familia solicitó auxilio financiero a las autoridades locales, logrando que el Consejo Municipal de Bayona y el Consejo General de los Pirineos Atlánticos aprobaran la asignación de una beca personal renovable de mil quinientos francos anuales para costear su instalación en París. Tras llegar a la capital francesa a finales de ese mismo año, formalizó su inscripción en la École des Beaux-Arts y obtuvo plaza en el taller privado de Léon Cogniet, un espacio de severa disciplina en el dibujo donde compartió jornadas de trabajo con condiscípulos como Léon Glaize. En 1857, el jurado de la Académie des Beaux-Arts le otorgó el Segundo Prix de Rome por su composición histórica "Résurrection de Lazare". Pese a que dicho puesto no garantizaba la pensión oficial completa en Italia, el Ayuntamiento de Bayona acordó extender de manera extraordinaria la subvención económica para asegurar su desplazamiento y permanencia en la península itálica.
Bonnat llegó a Roma a finales de 1858 para establecer su residencia en la Villa Medici, sede oficial de la Académie de France à Rome. Durante este período italiano no solo cumplió con las entregas de trabajos académicos enviadas periódicamente a los jurados parisinos, sino que se integró activamente en la facción artística informal conocida como los Caldarrosti, reuniéndose de forma cotidiana en los cafés de la Via Condotti con sus colegas Jean-Jacques Henner, Jules-Élie Delaunay, François-Louis Français y el joven Edgar Degas. Durante sus excursiones veraniegas por los montes Sabinos ejecutó la obra religiosa "Le Bon Samaritain", concluida en 1859, y el lienzo "Adam et Ève trouvant le corps d'Abel", finalizado en 1860, junto con múltiples estudios al aire libre como el retrato campesino Pascuccia, piezas comercializadas con marchantes locales para complementar sus ingresos.
A su regreso definitivo a París en la primavera de 1860, Léon Bonnat alquiló un taller propio en la Rue de Saint-Pétersbourg, iniciando una intensa labor de producción para abastecer tanto a los compradores privados como al circuito oficial de exhibiciones estatales. En el Salon de París de 1869, la comisión organizadora y el jurado de Bellas Artes le otorgaron la Medalla de Primera Clase por su pintura monumental de tema sacro "L'Assomption", obra encargada y adquirida posteriormente con destino a las colecciones públicas de su ciudad natal.
Durante el estallido de la Guerra Franco-Prusiana en 1870 y el posterior levantamiento de la Comuna de París en 1871, Bonnat interrumpió su labor pictórica para inscribirse en el servicio de ambulancias de la Guardia Nacional, colaborando directamente con el cuerpo médico en la atención de heridos en la capital sitiada y velando por el resguardo de las obras almacenadas en su estudio. Con la consolidación de la Tercera República, ajustó estratégicamente el perfil de su taller, abandonando la temática religiosa e histórica para dedicarse a la producción de retratos al óleo de gran formato destinados a la élite política, empresarial e intelectual.
En 1877 culminó el Portrait de Adolphe Thiers, encargada directamente por representantes del ejecutivo republicano para inmortalizar la figura del primer presidente del régimen republicano tras la caída del Imperio. Dos años más tarde, en 1879, concluyó en su taller el "Retrato de Victor Hugo", pieza conmemorativa que generó un inmediato éxito comercial, derivando en la firma de contratos para la elaboración de réplicas grabadas bajo la supervisión directa del propio pintor y sus asistentes contratados. En 1880 entregó la pintura mural de gran formato Martyre de saint Denis, encargada por la Dirección de Bellas Artes para el proyecto de decoración del Panthéon de París. El montaje de este lienzo de grandes dimensiones exigió la contratación de modelos profesionales, la instalación de andamios de madera dentro de la nave del edificio y la mediación de contratos de suministros con los funcionarios del Ministère de l'Instruction Publique et des Beaux-Arts. En reconocimiento a su trayectoria y peso en las instituciones oficiales, la Académie des Beaux-Arts votó su ingreso formal como académico en 1881 para ocupar el Sillón N.º 1 de la sección de pintura, puesto vacante tras el fallecimiento de Eugène Guillaume. Pocos meses después, en 1882, el Ministerio de Instrucción Pública firmó el decreto que lo nombró Chef d'Atelier de la École Nationale Supérieure des Beaux-Arts de París en reemplazo de su antiguo maestro Léon Cogniet, asumiendo la dirección del aula ubicada en la Rue Bonaparte.
El traslado de su taller privado a la Rue de Bassano a principios de la década de 1880 convirtió a Léon Bonnat en el retratista más cotizado de la élite de la Tercera República. La dinámica de trabajo dentro de este espacio exigía la firma previa de contratos comerciales donde se estipulaba que los clientes debían someterse a un ciclo de entre seis y doce sesiones presenciales de posado, abonando tarifas fijas de producción que oscilaban entre los diez mil y los treinta mil francos según las dimensiones del lienzo. En 1881 pintó el "Retrato de Léon Gambetta", un encargo del Estado francés que requirió que Bonnat se desplazara con sus materiales al Palacio del Elíseo para realizar los bocetos del líder político debido a las exigencias de su agenda de gobierno.
En 1886 concluyó el "Retrato de Louis Pasteur", elaborado tras múltiples jornadas de observación en el laboratorio del científico en París para reproducir con precisión el instrumental de investigación, incorporando también a la nieta del sabio, Camille, como figura secundaria en la composición. En 1888 entregó el "Retrato de Jules Ferry", figura clave de la reforma educativa republicana, e inmediatamente después el "Retrato del Cardenal Lavigerie", lienzo para el cual se gestionó el envío especial desde Argel de los ropajes y las insignias de la jerarquía eclesiástica. En 1892 finalizó el "Retrato de Joseph Renan", pintado poco antes del deceso del filósofo y escritor en su residencia de Tréguier. En 1895 completó el "Retrato de William-Adolphe Bouguereau", homenajeando a su colega académico y aliado en la gestión de la Société des Artistes Français.
En paralelo a la producción de su estudio privado, su labor como Chef d'Atelier en la École des Beaux-Arts entre 1882 y 1905 lo transformó en una de las figuras más influyentes de la pedagogía artística europea. En su aula imponía un método riguroso basado en el dibujo anatómico, el estudio del modelo vivo y el control tonal estricto, recibiendo a más de tres mil alumnos a lo largo de su carrera, entre los que figuraban artistas internacionales de la talla de Edvard Munch, John Singer Sargent, Thomas Eakins, Laurits Tuxen, P. S. Krøyer, Henri de Toulouse-Lautrec y el príncipe Eugen de Suecia.
Las elevadas sumas liquidadas por sus contratos de retratos le permitieron financiar una sólida estructura de compras de arte antiguo a través de agentes como Paul Durand-Ruel y anticuarios de París, Roma, Florencia, Londres y Madrid. Bonnat utilizó estos ingresos para adquirir dibujos, esculturas y pinturas de maestros como Rembrandt, Rafael, Miguel Ángel, Leonardo da Vinci, Antonio del Pollaiuolo, Alberto Durero, Tintoretto, Peter Paul Rubens y Théodore Géricault. En 1891 formalizó con el Municipio de Bayona el primer protocolo de donación de sus fondos privados, obligando a la ciudad a edificar un museo dotado con sistemas de seguridad y conservación para alojar las piezas, dando origen al proyecto del actual Musée Bonnat-Helleu.
En 1905, tras la muerte del escultor Paul Dubois, el Ministère de l'Instruction Publique et des Beaux-Arts emitió el decreto que nombró a Léon Bonnat Director de la École Nationale Supérieure des Beaux-Arts de París. Desde esta posición institucional administró los presupuestos académicos, la asignación de cátedras, la entrega de las pensiones de estudios en la Villa Medici y la conformación de los jurados del Salon oficial de la Société des Artistes Français. Su gestión en la dirección del establecimiento se caracterizó por el mantenimiento estricto de los valores académicos tradicionales y por una postura de firme rechazo administrativo a la entrada de las corrientes de vanguardia, como el fauvismo y el cubismo, en las salas de exhibición del Estado. En el ámbito financiero personal, administró de forma directa sus inversiones inmobiliarias en el centro de París y sus compras de títulos de la deuda pública de la República Francesa, fondos con los cuales costeaba de su propio bolsillo los gastos de embalaje, transporte y catalogación técnica de las obras de arte que continuaba adquiriendo en subastas internacionales para el museo de Bayona.
En 1913 concluyó el "Retrato de Jean-Paul Laurens", rindiendo homenaje a su compañero de jurados e instituciones académicas. Al desencadenarse la Primera Guerra Mundial en el verano de 1914, Bonnat utilizó su autoridad en el Institut de France para organizar comités de asistencia financiera dirigidos a las familias de los estudiantes de la École des Beaux-Arts movilizados al frente de combate, y colaboró con la Dirección de los Museos Nacionales en la elaboración de los planes de evacuación de las colecciones del Musée du Louvre ante la amenaza de los bombardeos aéreos sobre la capital. En 1915, el Gobierno de la República le otorgó la Gran Cruz de la Légion d'Honneur, el máximo reconocimiento oficial de la nación, en atención a sus más de seis décadas de servicios en la administración pública de la cultura. A pesar de haber superado los ochenta años de edad y de sufrir severos problemas de visión, continuó asistiendo regularmente a su taller de la Rue de Bassano para realizar correcciones y supervisar trabajos hasta mediados de 1922.
Durante el verano de 1922 se trasladó a la residencia rural de su amigo y pintor Henri-Jean-Guillaume Martin en el municipio de Monchy-Saint-Éloi, en el departamento de Oise. Léon Bonnat falleció en esa propiedad el 8 de septiembre de 1922, a los ochenta y nueve años de edad. Tras la realización de honores y funerales de Estado en París con la asistencia de altos ministros, académicos y representantes del Institut de France, sus restos mortales fueron trasladados a Bayona para recibir sepultura definitiva en el cementerio municipal. Su testamento confirmó la cesión irrestricta de la totalidad de su colección privada de arte al Musée Bonnat de Bayona, garantizando que miles de dibujos y pinturas de valor histórico quedaran bajo la custodia permanente del patrimonio público.