Za protekcją kardynała Francesco Barberiniego we wrześniu 1635 Buonamici udał się na Maltę rządzoną przez Zakon Maltański, jako „maestro di pennello” w towarzystwie Pietro Paolo Florianiego, papieskiego inżyniera wojskowego, który został tam wysłany, aby zaprojektować Floriana Lines. Buonamici planował zostać na Malcie przez kilka miesięcy, lecz utknął tam na prawie 25 lat. Został zatrudniony przez zakon św. Jana i jest nazywany "ojcem barokowej architektury na Malcie" z powodu odegrania głównej roli we wprowadzeniu rzymskiego stylu barokowego na wyspach. Maltański architekt Lorenzo Gafà prawdopodobnie rozpoczął swą karierę jako praktykant Buonamiciego.
thumb|Kościół Jezuitów w Valletcie
Na Malcie Buonamici zaprojektował nowy kościół Jezuitów w stolicy Valletcie, kiedy ten miał być odbudowany po zniszczeniach spowodowanych w 1634 wybuchem w magazynie prochu, a także stołeczny kościół św. Mikołaja oraz dzisiejszą bazylikę św. Pawła w Rabacie. Zaznaczyć trzeba, że kościół św. Mikołaja jest jedynym kościołem na Malcie, przy projektowaniu którego Buonamici miał w pełni wolną rękę od samego początku;