Agostino Bonalumi nasce a Vimercate (Milano), il 10 luglio 1935. Talento precocissimo, a soli 13 anni nel 1948 partecipa fuori concorso con una sala personale al Premio Nazionale Città di Vimercate. Le sue prime prove sono opere figurative su carta. Già nel ‘51 partecipa ad una mostra di portata nazionale, quella legata al Premio Magno di Brescia, mentre nel '56 ha luogo la sua prima mostra personale, presso la Galleria Totti di Milano, in cui espone alcuni disegni a tema paesaggistico.
Tra il '57 e il '58 frequenta lo studio di Enrico Baj a Milano, dove conosce Piero Manzoni ed Enrico Castellani, con i quali espone nel ‘58 in una collettiva a Milano presso la Galleria Pater. Realizza l'opera "Due Chilometri di impronte", una striscia di carta lunga due chilometri stesa su un marciapiede, che reca le impronte dei passanti. L'anno successivo in occasione di una mostra a Roma, presso Ia Galleria Appia Antica, Bonalumi e Manzoni sono sollecitati da Emilio Villa (in una lettera datata Roma, 13 giugno) a collaborare fattivamente alla redazione di "Appia", una rivista orientata verso le nuove ricerche. A questo invito non verrà dato seguito, ma i materiali raccolti e le idee verranno utilizzati per fondare assieme a Castellani Ia rivista ''Pragma'' che solo in seguito sarà chiamata ''Azimuth''. 
Insieme a Castellani e Manzoni e con il sostegno di personaggi come Lucio Fontana e Gillo Dorfles, Bonalumi diventa animatore della scena culturale e artistica milanese. AI 1959-60 risalgono le prime "estroflessioni", che segnano l'inizio della maturità dell'artista. Particolarmente importante il lavoro "Estroflessione verde" (1967) in cui la tela estroflessa si articola per la prima volta in piani sfalsati. Negli anni Sessanta e Settanta, Bonalumi è fra i principali esponenti di una concezione "forte" dell'arte come esperienza tattile fra pittura e scultura - dialogante con contemporanee esperienze americane: le "shaped canvas" - in cui Ia superficie della tela viene modellata grazie a un gioco di supporti lignei. l rilievi che si producono su campi monocromatici (bianco, blu, rosso, nero, grigio) determinano strutture percettive di segno astratto. 
A questa sintesi fra rigore razionale e potente impatto sensoriale, Bonalumi è rimasto sempre fedele, anche nei lavori di scenografia. Se ne è infatti occupato realizzando per il Teatro Romano di Verona scene e costumi per il balletto "Partita" di Susanna Egri, su musica di Goffredo Petrassi e per il Teatro dell'opera di Roma le scene e i costumi per il balletto "Rot" (musica di D. Guaccero e coreografia di A. Amodio). Nel 2001 gli è stato conferito il Premio Presidente della Repubblica e in quest'occasione l'Accademia nazionale di S. Luca gli ha dedicato una mostra retrospettiva nella sede di Palazzo Carpegna a Roma. E' stato invitato speciale alla mostra "Temi e variazioni" alla Fondazione Peggy Guggenheim di Venezia, dove ha realizzato "Opera Ambiente - Spazio trattenuto Spazio invaso" (luglio 2002): un’installazione di eccezionale valenza percettiva eseguita appositamente per Ia prestigiosa sede, che conferma Ia sua idea, espressa in vari scritti teorici di grande fascino: arte come tensione continua fra pensiero e realtà fisica. 
Ha realizzato, per le edizioni Colophon, libri d'artista con testi di Petrarca, "Voi ch'ascoltate in rime sparse il suono" (1991); di Emilio Villa, "Ridente sillaba" (1994); di Goethe, "Lieder der Mignon" (1997); e con propri testi "Luna Celtica" (1992) e "Cantiere aperto" (1999). Ha pubblicato "Scherzo, Io" (dodici poesie, Colophon, Belluno 2000); "Da te ascolto tornare le cose" (Book Editore, Castel Maggiore, Bologna 2001) e "Difficile cogliersi" (Il Bulino, Roma 2002) .
Nel gennaio 2003 il lavoro su carta dell'artista dal 1960 ad oggi è stato presentato alla Civica Galleria d 'Arte Moderna di Gallarate. A cavallo tra il 2003 ed il 2004 è stata allestita una sua antologica, con opere dal 1959 al 2003, all'Institut Mathildenhöe di Darmstadt. Nel novembre 2003, in occasione del Semestre di Presidenza Italiana del Consiglio dell'Unione Europea, ha partecipato alla mostra "Futuro Italiano" allestita nelle sale del Parlamento Europeo a Bruxelles.