У Боннэр двое детей - дочь Татьяна (1950 г.р.) и сын Алексей (1956 г.р.). С их отцом, Семеновым Иваном Васильевичем, в разводе с 1965 г.
В 1965 г. вступила в КПСС, однако после подавления "Пражской весны" 1968 года сочла свое решение неверным и в 1972 г. вышла из КПСС в связи со своими убеждениями. В 1960-х - начале 1970-х ездила на процессы над диссидентами. Во время одной из таких поездок в 1970 г. в Калуге (процесс Вайля - Пименова) познакомилась с академиком Андреем Сахаровым, и в 1972г. вышла за него замуж.
В 1975 г. Боннэр представляла академика Сахарова на церемонии вручения Нобелевской премии мира в Осло. 12 мая 1976 г. подписалась под учредительным документом Московской Хельсинкской группы. Вместе с Сахаровым поехала в ссылку в город Горький (1980 г.). В 1984 г. была осуждена Горьковским областным судом по ст.190-1 УК РСФСР (клевета на советский общественный и государственный строй), наказание отбывала по месту высылки мужа в г.Горьком.
С момента активного участия Боннэр в правозащитной деятельности она подвергалась многочисленным обыскам и задержаниям, ее часто шантажировали. Дочь и сын были исключены из ВУЗ и в конце семидесятых годов были вынуждены эмигрировать. Невесте сына Алексеевой было отказано в разрешении выехать к нему, что стало причиной первой голодовки супругов Сахаровых в Горьком (22 ноября - 9 декабря 1981 г.). Голодовка увенчалась успехом: Алексееву выпустили в США.
По возвращении в Москву в 1987 г . вместе с Сахаровым приняла непосредственное участие в зарождении таких общественных объединений и клубов, как "Мемориал", "Московская трибуна", с 1997 г. является членом Инициативной группы "Общее действие", созданной участниками демократического движения 1960-х - 70-х годов и представителями активно действующих правозащитных организаций.
Боннэр являлась председателем неправительственной международной организации "Общественной комиссии по увековечению памяти Сахарова - Фонда Сахарова". Входила в комиссию по правам человека при президенте России с ее основания до 28 декабря 1994 г. Вышла из состава комиссии, не считая для себя возможным сотрудничество с администрацией Президента, развязавшей российско-чеченскую войну.
Прах Елены Боннэр будет захоронен на Востряковском кладбище в Москве, прощание пройдет в США в 12.00 во вторник 21 июня, в часовне Станецки Мемориал Чепел в городе Бруклайн, штат Массачусетс, говорится в сообщении дочери Боннэр Татьяны Янкелевич.