Ilmari Bonsdorffin vanhemmat olivat yliopettaja, professori Ernst Jakob Valdemar Bonsdorff ja Ida Charlotta Forssell. Hän pääsi ylioppilaaksi 1898 Helsingin Suomalaisesta normaalilyseosta ja valmistui filosofian kandidaatiksi 1902, filosofian lisensiaatiksi 1905 sekä filosofian maisteriksi ja tohtoriksi 1907. Opiskeluaikanaan hän otti 1900–1901 osaa painovoimahavaintoihin ja 1902 tähtitieteellisiin paikanmääräyksiin Suomessa.[1][2][3]
Bonsdorff oli Helsingin yliopiston tähtitieteen ja geodesian dosenttina 1906–1918. Vuodesta 1908 hän toimi Pulkovan tähtitornin vakinaisena astronomina. Bonsdorff kutsuttiin jo vuonna 1904 osallistumaan Pulkovan tähtitornin tieteellisiin töihin ja hän perehtyi Pulkovossa myös geodeettisiin kysymyksiin, joista hän kirjoitti väitöskirjansa Huippuvuori-retkikunnan geodeettisen havaintoaineiston pohjalta. Bonsdorff oli työssä Pulkovossa vuoteen 1917 saakka. Pulkovossa ollessaan Bonsdorff tutki geodesian puolella tasoituslaskua, laski kolmiopisteiden koordinaatteja, muokkasi painovoimahavaintoja ja otti osaa perusviivan mittauksiin, tarkkavaakitukseen ja kolmiomittauksiin. Tähtitieteen puolella hän tutki havaintokoneiden ja erilaisten havaintokeinojen aiheuttamia virhelähteitä, maan navan liikkeitä (napavariaatiot, refraktioilmiöt ym.) ja suoritti tähtien deklinaatiomäärityksiä. Vuonna 1911 Bonsdorff kutsuttiin ArgentiinaanCordoban tähtitornin johtajaksi mutta hän ei ottanut tehtävää vastaan. [3][1][2][4]
Suomen itsenäistymisen jälkeen Bonsdorff oli Helsingin geodeettisen laitoksen ensimmäisenä johtajana 1918–1949. Hän edusti Suomea Balttisessa geodeettisessa komissiossa ja oli sen yleissihteeri 1924–1948. Bonsdorffin aloitteesta Suomen hallitus kutsui vuonna 1924 Helsinkiin Itämeren ympärillä olevista maista osanottajia geodeettiseen konferenssiin, jossa perustettiin balttinen geodeettinen komissio, jonka päämääränä oli yhteisen geodeettisen pohjan luominen näiden maiden kartastotöille ja tieteellisenä tehtävänä maankuoren rakenteen tutkiminen Itämerta ympäröivillä alueilla. Bonsdorff oli melkein kaikkien Suomen ja Neuvostoliiton välisten rajankäyntikomissioiden puheenjohtajana vuosina 1921–1947. Petsamon rajankäynti vuonna 1921 suoritettiin ilman kolmiomittausta pelkkien tähtitieteellisten havaintojen perusteella. Bonsdorff osallistui myös Suomen ja Norjan välisen rajan selvittelyyn. Bonsdorff oli lisäksi Henkivakuutusyhtiö Pohjan päämatemaatikkona vuodesta 1923 alkaen ja hän kuului myös yhtiön perustajiin. Bonsdorff oli Kaunasin teknillisen korkeakoulun sekä Marburgin yliopistonkunniatohtori.[4][1][2][3]
Bonsdorff tutki painovoiman ja luotiviivan poikkeamia, napavariaatiota ja absoluuttisia deklinaatioita. Hän kehitti auringonpimennyksen avulla menetelmän, jolla voitiin mitata valtamerien yli ulottuvia välimatkoja.[4]
Ilmari Bonsdorff oli naimisissa vuodesta 1908 Anna Parskyn kanssa.[1][2]
Détermination des attractions locales sur les points astronomiques du réseau russe au Spitzberg, Helsingin yliopiston väitöskirja. Helsinki 1905
Observations faites au cercle vertical de Repsold à la succursale Odessa pour la détermination de la réfraction. Publications de l'Observatoire central Nicolas, Série II, Vol. XXIV. Voss, Leipzig 1913
Observations faites au cercle vertical de repsold. Publications de l'Observatoire central Nicolas, Série II, Vol. XXIX:1. St. Pétersbourg 1915
The astronomical coefficient of dilatation of the air derived from astronomical observations made at Pulkovo. Publications de l'Observatoire central Nicolas, Série II, Vol. XXVII:3. St. Pétersbourg 1915
Observations faites au cercle vertical d'Ertel. Publications de l'Observatoire central Nicolas, Série II, Vol. 29:2. Petrograd 1916
Valtakunnan rajankäynti Petsamossa v. 1921; kirj. Ilmari Bonsdorff ja Alfred A. Gustafsson. Societas geographica Fenniae, Helsinki
Measuring of seven base lines of the Baltic polygon executed in the year 1929. Baltic Geodetic Commission, Helsinki 1930
Ergebnisse der astronomischen Ortsbestimmungen im Jahre 1933. Suomen geodeettisen laitoksen julkaisuja 29. Helsinki 1939
Suomennoksia
Simon Newcomb: Tähtitiede; Suomen oloihin sovittanut Ilmari Bonsdorff. Otava 1913