Натаниель Бонвеч родился в семье священника Кристофа Генриха Бонвеча (нем. Christoph Heinrich Bonwetsch; 1804—1876). Учился в Дерптской гимназии, а затем окончил Дерптский университет.
С 1882 по 1891 год был профессором в Дерпском университете; с 1891 года получил кафедру в Гёттингенском университете.Бонвеч написал ряд трудов по богословию и истории христианства, а с 1897 года являлся также соиздателем «Studien zur Gesch. d. Theologie u. d. Kirche» .Умер 18 июля 1925 года в Гёттингене.