Bonamassa urodził się w Utice w Nowym Jorku. Jego ojciec Len posiada sklep z gitarami w Utice i dzięki temu Joe zaczął grać na gitarze Chiquita o pomniejszonej skali już w wieku czterech lat. Siedem lat później Joe zaczął pobierać lekcje u wirtuoza muzyki country Danny’ego Gattona, który nauczył go country i jazzu. Po raz pierwszy występował na scenie przed B. B. Kingiem w wieku 12 lat. W dwa lata później został zaproszony do wzięcia udziału w festiwalu poświęconemu gitarom Fendera i podczas swej podróży na zachodnie wybrzeże USA spotkał Berry’ego Oakleya Juniora, syna basisty zespołu The Allman Brothers Band. Joe wraz z Berrym założyli zespół ?Bloodline? wraz z synem Milesa Davisa - Erinem i z synem Robby’egi Kriegera - Waylonem. Zespół wydał jeden album pod szyldem EMI, na którym pojawiły się dwa single - “Stone Cold Hearted” oraz “Dixie Peach.”

Bonamassa zbierał gitary od kiedy miał 13 lat i obecnie ma ich w swojej kolekcji ponad 215. Do nagrania albumu ‘You and Me’, na którym znalazło się 11 utworów, użył 22 różnych gitar i 5 wzmacniaczy. Podczas występów na żywo używa od 5 do 8 gitar, w tym takich modeli jak Gigliotti ‘JB’ Telecaster z 2004, Fender Stratocaster z 1965, czy różnych modeli Les Paul.

Pierwszym albumem solowym Bonamassy był ?A New Day Yesterday? wydany w 2000 i wyprodukowany przez legendarnego Toma Dowda. Utwór z tej płyty ?Miss You / Hate You? nadal pojawia się na koncertach artysty. Podczas trasy promującej ten album, dodał on do składu swojego zespołu perkusistę Kenny’ego Krammera i basistę Erica Czara.

Po tym tournee, Bonamassa wrócił wraz z zespołem do studia w 2002 i rozpoczął współpracę z producentem Clifem Magnessem ? dzięki czemu powstał drugi album ?So It’s Like That?. Na tej płycie pojawiła się muzyka bliższa tradycyjnemu rockowi niż bluesowi, ale mimo to dotarła do pierwszego miejsca na liście Billboard Blues Chart.
W 2003 wydana została płyta ?Blues Deluxe?, która miała między innymi promować Rok Bluesa. Znalazło się na nim dziewięć coverów klasycznych utworów bluesowych oraz trzy nowe kompozycje Bonamassy. Ten album rónież dotarł do pierwszego miejsca na liście Billboard Blues Chart.

Album z 2006 ?You & Me? przedstawiał muzykę w tradycji blues-rockowej i również dotarł na szczyt wyżej wspomnianej listy. Do jego nagrania Bonamassa zaprosił wielu muzyków studyjnych, takich jak Jason Bonham, syn legendarnego perkusisty Led Zeppelin. W utworze ?Your Funeral And My Trial? zagrał na harmonijce LD Millera.
W 2005 Bonamassa zmienił skład swego zespołu koncertowego - zaprosił do współpracy basistę Marka Epsteina i byłego perkusistę zespołu Kenny Wayne Shepherd, Bogie’go Bowlesa.
Ostatnio występował wspólnie z legendą rocka Tedem Nugentem w Sand Dollar Blues Room w Las Vegas, przed kamerami ekipy telewizyjnej VH1, kręcącej odcinek do programu ?SuperGroup?.