Fixando-se em São Paulo a partir de 1944, estuda pintura inicialmente. Após estudar gravura com Lívio Abramo, viaja para os Estados Unidos de 1957 à 1956, onde faz aprendizado de artes gráficas na Universidade de Columbia. De volta ao Brasil, funda em São Paulo o Estúdio de Gravura, junto com Lívio Abramo, onde leciona até 1963.

Entre as várias premiações e exposições como gravurista, destaca-se a sua participação no Salão Paulista de Arte Moderna (1955 e 1960); nas III, VII, VIII e XI Bienais de São Paulo, com dois prêmios de aquisição e o prêmio de melhor gravador nacional, em 1965; I e V Bienal de Paris e a Bienal de Veneza, em 1964.

No ano de 2003, foi convidada a participar de uma exposição de arte publica na estação de metrô Luz. O tema lhe foi dado pela CPTM, que a convidou: a história da centenária Estação da Luz pela ótica dos migrantes, sobretudo os nordestinos, nunca lembrados. Maria Bonomi passou um ano concebendo a obra e, para contar a história dos migrantes, valeu-se do setor de Achados e Perdidos do Metrô. São itens, alguns inacreditáveis, como cadeiras de rodas e dentaduras, que contam histórias. A forma dos objetos foi gravada, a muitas mãos, em matrizes. Depois, foram impressas em placas de concreto, em alto e baixo-relevos que poderão ser tocados pelos deficientes visuais. Para executar a obra, ela se instalou como artista residente no anexo do Museu de Arte Contemporânea da USP, montou uma oficina e trabalhou, de abril a maio, com cinco auxiliares e cerca de 3 mil colaboradores.

Em atividades paralelas, se destacou como figurinista e cenógrafa, com muitos prêmios e menções honrosas.

A artista plástica foi uma das personagens reais retratadas pelos autores Alcides Nogueira e Maria Adelaide Amaral na minissérie Um Só Coração, exibida em 2004 pela Rede Globo. Maria Bonomi foi representada pela atriz Maria Luísa Mendonça.