Diplômée de l'École polytechnique et de l'École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace, Edwige Bonnevie commence sa carrière en 1978 au sein de la Délégation générale pour l'armement (DGA) comme chargée d'études, puis responsable de la préparation du programme de satellite d'observation Hélios.
En 1992, elle est nommée directeur adjoint de l'équipe de l'Union de l'Europe occidentale en charge des études de systèmes spatiaux d'observation. En parallèle, de 1989 à 1994, elle exerce les fonctions de conseiller pour les affaires de Défense au sein des ministères successifs chargés de l'espace.
À partir de 1994, elle se tourne vers le domaine de la dissuasion où elle exerce, à la DGA, les responsabilités de chef du Groupe études générales, au Service technique des systèmes stratégiques et spatiaux, puis de sous-directeur, chef de la Division systèmes et techniques, au Service des programmes nucléaires. En mai 1999, elle devient sous-directeur des affaires nucléaires, biologiques et chimiques.
En 2001, Edwige Bonnevie rejoint le CEA pour prendre les fonctions de directeur adjoint des applications militaires.
En juillet 2008, elle est nommée directeur du Pôle maîtrise des risques et directeur central de la sécurité. À ce titre, elle assure également la responsabilité de fonctionnaire de sécurité et de défense de la sphère du nucléaire.
Première femme à accéder au grade d’ingénieur général de l'armement en 2000, Edwige Bonnevie est commandeur dans l’ordre national du mérite et officier de la légion d’honneur.
Edwige Bonnevie est parallèlement membre de l’Académie des Technologies, du Conseil général de l’armement et du Conseil d’administration du CNES. Elle est auditrice de la 30ème session du Centre des hautes études de l'armement.