Bonamassa begon met gitaarspelen toen hij vier jaar oud was, aangemoedigd door zijn vader, die een fervent muziekfan was en hem blootstelde aan Britse bluesrockplaten van Eric Clapton en Jeff Beck. Toen hij 12 jaar oud was, had hij zijn eigen band genaamd Smokin. Joe Bonamassa speelde in het westen van New York en Pennsylvania maar alleen in het weekend omdat hij doordeweeks naar school ging. Bonamassa speelde op een karmozijnrode Fender Stratocaster uit 1972 die hij "Rosie" noemde, gegeven door zijn vader.
Bonamassa's debuutstudio-album A New Day Yesterday werd uitgebracht in 2000, het bevat zowel originele muziek als covers van artiesten als Vic Ferrari, Rory Gallagher, Jethro Tull en Warren Haynes.
In 2009 vervulde Bonamassa een van zijn kinderdromen door te spelen in de Royal Albert Hall in Londen, waar Eric Clapton een duet met hem speelde.