Fue presidente de la Comisión de Relacionamiento del EP-FA/NM con el Poder Ejecutivo y con las fuerzas sociales. Asumió el 1 de marzo del 2005 como Ministro de Trabajo y Seguridad Social designado por el presidente Tabaré Vázquez; lo acompañó en la subsecretaría Jorge Bruni.
Renunció a su cargo como ministro, para dedicarse a la campaña electoral de octubre de 2009 como jefe de campaña de José Mujica. En su lugar asumió el exdirector nacional de Trabajo Julio Baraibar. Al dejar el lugar en el ministerio asumió la banca en el senado a la que renunció (por estar en campaña electoral) José Mujica.
Se desempeñó como Ministro del Interior de Uruguay. El 21 de diciembre de 2013 luego de la renuncia de Fernando Lorenzo fue designado interinamente como Ministro de Economía y Finanzas de Uruguay.
En diciembre de 2014, tras confirmarse la elección de Tabaré Vázquez para un nuevo periodo presidencial, se anunció que Bonomi continuará al frente de la cartera del Interior, cargo que volvió a asumir el 1° de marzo de 2015.
Falleció este 20 de Febrero de 2022 en el Balneario Parque del Plata, departamento de Canelones, Uruguay.
