Eleinte képviselőházi tudósításokat készített, majd Párizsba került ki, ahol életre szóló barátságot kötött Ady Endrével, s szerelmes lett későbbi feleségébe, az Ady által itókának elnevezett Márkus Otíliába.

1906-ban hazatért, ebben az időszakban írt cikkeiből a társadalmi és művészeti megújulásért küzdő ember hangja szólalt meg, értő kritikákat írt Móricz, Kaffka Margit, Török Gyula, Balázs Béla műveiről, s ő mutatta be Ady köteteit. 1918-19-ben a Károlyi-kormány svájci követségének sajtóattaséja volt, a Tanácsköztársaság bukása után emigrációba kényszerült. Előbb Bécsben az emigráció könyvkiadójának vezetője és a Bécsi Magyar Újság szerkesztője lett, majd rövid berlini tartózkodás után Párizsban telepedett le. Itt többek között a magyar nyelvű Párizsi Hírlap közölte írásait, szerkesztette a Le Monde magyar könyvei című sorozatot is. Párizsban írta meg legismertebb és legfontosabb munkáját, Az igazi Adyt. amely 1934-ben jelent meg. A könyv egyrészt nagyszerű írói életrajz, amelyből megismerhetjük a zseniális költő életének magánéleti mozzanatait, a Léda-szerelem mindennapjait, az Ady-versek keletkezésének körülményeit, másrészt feltárul az olvasó előtt két ember barátságának hiteles története is.

Bölöni a harmincas évek második felétől Károlyi Mihály közvetlen környezetéhez, a polgári radikalizmus balszárnyához tartozott, később egyre inkább a kommunista eszmékkel szimpatizált. Franciaország német megszállása után a megalakuló Magyar Függetlenségi Mozgalom egyik vezetője lett. 1945 áprilisában a magyar rádió híreiből tudta meg, hogy Károlyival együtt beválasztották az Ideiglenes Nemzetgyűlésbe.

Magyarországra hazatérve adta ki értékes korrajzot és eszmetörténetet is tartalmazó Hallja kend, Táncsics! című életrajzi művét. Az ezt követő időszakban Bölönit elsősorban irodalomszervezői, közéleti munkák kötötték le, 1948-50-ben Magyarország hollandiai nagykövete volt, majd részt vett az Irodalmi Alap megszervezésében, amelyet haláláig igazgatott is.

1955-ben Kossuth-díjjal tüntették ki. 1957 márciusában megszervezte és útjára indította az Élet és Irodalom című lapot, amelynek első főszerkesztője is volt, s ugyanekkor a Magyar PEN Club ügyvezető elnökévé is választották.

Budapesten hunyt el 1959. szeptember 11-én. Alakját Ady a Margita élni akar (1912) című művében rajzolta meg, s több versét is neki ajánlotta. Fordítóként is jelentőset alkotott, Dumas, Anatole France, Maupassant, Balzac műveit tolmácsolta magyarul.