De stad Utrecht was omringd door versterkingen in de stadsmuur – zogeheten bolwerken of 'bastions'. Zonnenburg was een van deze bastions, samen met (bijvoorbeeld) Manenborgh en Sterrenburg, waar nog steeds oude woonhuizen en kazematten zijn te vinden. Zonnenburg was ook onderdeel van de tentoonstelling 'De Ommuurde Stad'.

In de 17de eeuw werd de middeleeuwse Smeetoren aan de Stadsbuitengracht omgebouwd tot sterrenwacht voor meteorologische waarnemingen. Daarvoor was de Smeetoren onderdeel van de verdedigingswerken van Utrecht aan de singel.

Omdat de middeleeuwse Smeetoren verouderd en vervallen was, werd deze in de negentiende eeuw uiteindelijk gesloopt. Utrecht moest dus op zoek naar een nieuwe locatie voor haar meteorologische waarnemingen. Op advies van Buys Ballot werd op het oude bastion Zonnenburg een nieuw observatorium gebouwd.

Het observatorium Sonnenborgh werd gebruikt voor tal van astronomische en meteorologische waarnemingen en was van 1854 tot 1897 het hoofdkwartier van de KNMI. Ook hierna bleef het observatorium actief als sterrenwacht voor de stad en voor de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit Utrecht.

Hoewel Sonnenborgh nog altijd de functie van sterrenwacht heeft, is het inmiddels ook toegankelijk voor het grote publiek! Sinds 2003 is Sonnenborgh naast sterrenwacht ook een museum.