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Si trasferì nel 1883 a [[Gubbio]], dove il padre Giulio divenne amministratore delle finanze comunali. A Gubbio, città che amerà profondamente e ove porrà i suoi interessi e i suoi affetti, Guido terminò il corso di studi fino alla terza ginnasiale, frequentando i restanti anni del ginnasio e del liceo a Perugia. Fu in questi anni, durante una visita nella tenuta di famiglia a [[Gubbio|Montanaldo]], che raccolse alcuni fossili ed ebbe dal padre un'esauriente spiegazione sulla loro origine, evento che doveva appassionarlo a tal punto alla geologia e alla paleontologia da determinare la sua vocazione scientifica e professionale.
Si iscrisse a Scienze Naturali prima a [[Università di Roma|Roma]] nel 1890, quindi nel 1891<ref>Anno nel quale pubblicò il suo primo lavoro ''Il territorio di Gubbio''. Negli anni dell'università editò altri quattro scritti sia geologici sia paleontologici.</ref> a [[Università di Torino|Torino]], ove, dopo aver seguito il corso di quella università, si laureò nel 1894 e nel 1896 conseguì la libera docenza in Geologia e Paleontologia, confermata nel 1900 <ref>Nel 1891, a 19 anni, pubblicò il suo primo lavoro ''Il territorio di Gubbio''. Negli anni dell'università editò altri quattro scritti sia geologici sia paleontologici. Aveva 25 anni quando conseguì la libera docenza.</ref>. Ebbe, tra i maestri, lo zio conte [[Tommaso Salvadori|T. Salvadori Paleotti]], [[Lorenzo Camerano|L. Camerano]] e [[Carlo Fabrizio Parona|C. F. Parona]], che lo avviò verso i primi studi paleontologici. Dal 1895 al 1897 venne chiamato quale assistente nell'Istituto di Geologia dell'[[Università di Bologna]], diretto da [[Giovanni Capellini|G. Capellini]], e nel 1897 ottenne la cattedra di Geologia e Mineralogia all'Istituto Agrario Sperimentale di Perugia. Nel biennio 1899-1901 tornò a Torino come assistente alla cattedra di Geologia tenuta dal Parona, incarico che gli verrà riconfermato, nella vana speranza di un suo ritorno dalle Indie Olandesi, per il biennio 1902-1903.
Ma al suo spirito irrequieto, esuberante, alla sua vivace intelligenza e propensione a interessarsi di discipline diverse, come testimonia tutta l'opera scientifica di Bonarelli, quasi naturalmente si dischiusero presto nuovi orizzonti anche geografici.
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