Die Wurzeln des Ortes reichen weit in die Zeit vor seiner ersten urkundlichen Erwähnung zurück. Bevor fränkische Siedler aus den oberen Mainlanden in diese Region kamen, war das Gebiet von dichten Wäldern bedeckt, worauf noch heute Flurnamen wie „Moosholz“ oder „Erlich“ hinweisen. Nach dem Verfall des Thüringerreiches im Jahr 531 siedelten zunächst slawische Sorben im Raum östlich der Saale, später auch westlich davon. Ortsnamen mit der Endung „-itz“, wie etwa im benachbarten Unterlemnitz, zeugen bis heute von diesem Einfluss.
Im Zuge der hochmittelalterlichen Rodungs- und Siedlungsbewegungen ab dem 11. Jahrhundert entstanden durch fränkische Neusiedler neue Dörfer. Auch Schönbrunn dürfte in dieser Zeit gegründet worden sein. Die Herkunft der Siedler spiegelt sich bis heute im Dialekt wider, etwa im Erhalt des Wortes „Brunn“ für Quelle. Der Ortsname selbst verweist auf einen „guten Brunnen“ und damit auf die lebenswichtige Bedeutung der Wasserversorgung.
Schriftliche Zeugnisse aus der Gründungszeit existieren nicht, doch architektonische Hinweise lassen Rückschlüsse zu: Die Kirche St. Marien geht in ihrem Kern auf einen romanischen Bau des 12. Jahrhunderts zurück und bildet bis heute den Mittelpunkt des Ortes. Auch die Siedlungsform liefert wichtige Hinweise: Schönbrunn entstand als typisches Angerdorf. Der Anger – eine gemeinschaftlich genutzte, grasbewachsene Fläche, ursprünglich von zwei Teichen begrenzt – bildete das Zentrum. Erst nach und nach wurden dort Gebäude wie Kirche, Schule, Spritzenhaus und Brunnenhäuschen errichtet. Die Höfe waren planmäßig um diesen Platz angeordnet, mit Giebelseiten zum Anger hin und Wirtschaftsgebäuden im hinteren Bereich. Diese Struktur ist teilweise noch erkennbar, wenngleich sie durch spätere Bebauung seit dem 17. und besonders im 18. Jahrhundert zunehmend verloren ging.
Erstmals urkundlich erwähnt wurde Schönbrunn am 14. August 1325 als „Schonenbrunnen“. Anlass war die Bestätigung einer Stiftung an das Kloster zum Heiligen Kreuz bei Saalburg durch die Vögte von Gera und den Bischof von Naumburg. Zu diesem Zeitpunkt bestand bereits ein Bauerndorf, dessen Ursprünge deutlich weiter zurückreichen.
Über die Jahrhunderte gehörte Schönbrunn zur Herrschaft Reuß-Lobenstein, später zu Lobenstein-Ebersdorf, kam 1918 zum Freistaat Reuß und schließlich zum Land Thüringen. Mehrere denkmalgeschützte Bauwerke prägen bis heute das Ortsbild. Dazu zählen neben der Kirche mit ihrem 27 Meter hohen Turm und einer Glocke aus dem Jahr 1521 auch die historischen Brunnenanlagen, die über lange Zeit die Wasserversorgung sicherten. Während ein Brunnen auf dem ehemaligen Dorfplatz verschwunden ist, besteht der sogenannte Kirchbrunnen bis heute fort. Ergänzt wird das Ensemble durch das kleine Lusthaus „Bellevue“, das 1783 durch Fürst Heinrich XXXV. auf einer Anhöhe errichtet wurde.
Einen entscheidenden Einschnitt brachte das Jahr 1782 mit dem Bau der Lindenallee, die Schönbrunn durchzieht und die beiden Herrschaftssitze Reuß-Lobenstein und Reuß-Ebersdorf miteinander verband. Diese neue Verkehrsachse führte zu einer Ausdehnung der Bebauung entlang der Straße und leitete zugleich einen Wandel der sozialen und wirtschaftlichen Strukturen ein.
Auch wirtschaftlich entwickelte sich Schönbrunn stetig weiter. Neben der Landwirtschaft gab es bereits im 19. Jahrhundert gewerbliche Ansätze, etwa durch Ziegelhütten und einen Kalkofen. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde zeitweise Eisenerz gefördert. Später entstand ein vielfältiges Handwerks- und Gewerbeleben, das jedoch im Laufe der Zeit weitgehend verschwunden ist.
Nach dem Zweiten Weltkrieg und unter der sowjetischen Besatzung sowie später in der DDR erlebte Schönbrunn weitere tiefgreifende Veränderungen. Die Enteignung der Fürstenhäuser und die Bodenreform führten zu einer Neuverteilung des landwirtschaftlichen Besitzes. Auch das Lusthaus „Bellevue“ verlor seine ursprüngliche Funktion und wurde anderweitig genutzt. Die Kollektivierung der Landwirtschaft mündete 1960 in die Gründung einer LPG, die zum wichtigsten Arbeitgeber des Ortes wurde. Gleichzeitig veränderte sich die Kulturlandschaft erheblich.
Auch das Ortsbild wandelte sich weiter. Die einst prägende Lindenallee verschwand im Laufe des 20. Jahrhunderts vollständig. Parallel dazu unterlag die Bevölkerungsentwicklung starken Schwankungen und ist langfristig rückläufig. Der demografische Wandel zeigt sich auch in veränderten Familienstrukturen und zunehmendem Leerstand.
Der wohl tiefgreifendste Umbruch erfolgte mit der deutschen Wiedervereinigung. Wirtschaftliche Einschnitte, Abwanderung und der Verlust dörflicher Infrastruktur prägten zunächst diese Zeit, bevor neue Entwicklungschancen genutzt werden konnten. Investitionen in Infrastruktur, Wohngebiete und Gewerbeflächen führten dazu, dass sich Schönbrunn zu einem wichtigen Wirtschaftsstandort der Region entwickelte.