Seit dem Mittelalter lebten vereinzelt jüdische Familien in Cannstatt, zunächst jedoch nicht dauerhaft. Erst mit den 1830er Jahren ließen sich jüdische Familien in der Neckarstadt nieder, verstärkt ab 1855. Sie gehörten anfangs der Stuttgarter Gemeinde an. 1871/72 gründeten sie eine autonome Gemeinde, die erst 1936 mit der Stuttgarter Gemeinde vereinigt wurde.
1875 erwarb die Cannstatter Gemeinde ein bebautes Gartengrundstück an der damaligen Königstraße (später: König-Karl-Straße 45-47, Platz der Synagoge). Das darauf befindliche Gebäude wurde 1875/76 zur Synagoge für ca. 170 Personen umgebaut und im September 1876 eingeweiht.
Das Gotteshaus wurde in der Pogromnacht am 9. November 1938 von Feuerwehrangehörigen in Brand gesetzt und vollständig zerstört. Bis 1941 traf sich die Gemeinde teilweise bei Familie Marx in der Seelbergstraße. Die Familie konnte teilweise in die USA emigrieren. Babette Marx, die in Cannstatt geblieben war, wurde 1942 nach Theresienstadt deportiert, wo sie am 14. Oktober des Jahres starb. 1939 hatte man ihren Garten requiriert, um dort den Winkelturm Seelbergstraße zu bauen, zu dem Babette Marx als Jüdin keinen Zutritt hatte.
Der Synagogenplatz wurde 1941 zur Baustelle für einen Tiefbunker mit 772 qm Fläche. Er ist damit quasi genauso groß wie der Föhrichbunker in Feuerbach. Das Bauwerk hatte Stadtwasseranschluss, Anschluss an die Kanalisation, Toiletten, Lüftung und elektrisches Licht. Er sollte 800 Personen Schutz bieten. Die beiden Zugänge wurden in Richtung der Waiblinger Straße hin ausgeführt. Der vor dem historischen Hintergrund zynisch wirkende Name „Sonnenbunker“ hat einen trivialen Ursprung. Er leitete sich einfach von der damals benachbarten Gaststätte „Sonne“ ab, die freilich schon lange nicht mehr existiert.
Mit dem Tiefbunker unter dem Synagogenplatz und den beiden Hochbunkern in der Seelbergstraße (Winkelturm) und Wilhelmstraße standen unweit des Wilhelmsplatzes drei öffentliche Luftschutzbunker zur Verfügung. Im näheren Umkreis lagen der Hochbunker in der Badstraße und der benachbarte Tiefbunker im Mühlgrün, der Bahnbunker am Cannstatter Bahnhof und der Luftschutzbunker am Kursaal.
1945-47, möglicherweise sogar bereits während des Krieges, diente der Platz, auf dem die Synagoge gestanden hatte, den Anwohnern als Gemüsegarten. Die Stadt Stuttgart hatte bereits während des Krieges die Nutzung öffentlicher Grünflächen, aber auch z.B. von Kirchgärten für den Anbau von Gemüse freigegeben, um die Versorgungslage der Bevölkerung zu verbessern.
Wie zahlreiche andere Bunker in Stuttgart wurde der Bunker unter dem ehemaligen Synagogenplatz nach dem Krieg als Notunterkunft benutzt. Zwar stand das Bauwerk auf der Liste der zu räumenden Bunker ziemlich weit oben, da die Verhältnisse dort als sehr schlecht eingestuft wurden, aber da es an Alternativen mangelte, lebten im November 1950 noch immer 15 Familien mit zusammen 50 Personen in dem Bunker.
1957 wurde der Bunker wieder dem Zivilschutz zugeführt. In erster Linie bedeutete dies eine Änderung der Verwaltungshoheit und der Nutzung. Umbauten der Weltkriegsbunker fanden in dieser Phase des Kalten Krieges noch nicht statt. Die 1966 entstandenen Überlegungen, den Bunker als Schulungszentrum für den Bundesluftschutzverband (BLSV) zu nutzen wurden nicht in die Tat umgesetzt. Stattdessen setzte sich Anfang der 1970er Jahre die Idee durch, in diesem Bunker eine Abschnittsführungsstelle einzurichten. Zu diesem Zweck ging der Bunker 1972 vom Bund an die Stadt Stuttgart über.
Bis 1976 dauerten die entsprechenden Umbauten. Im zu König-Karl-Straße / Wilhlemsplatz hin ausgerichteten Teil des Bauwerks wurden die Zwischenwände zwischen sechs Zellen herausgebrochen, um einen ca. 36 qm großen „Führungsraum“ zu schaffen. Eine Fernsprechstelle wurde eingerichtet, die Bunkertechnik modernisiert und eine Funkanlage eingebaut, deren Antenne auf dem angrenzenden Parkhaus angebracht wurde.
Ähnlich wie beim Bunker unter dem Stuttgarter Marktplatz wurde ein Eingangshäuschen aus Glas und Metall für den Zugang errichtet, das bis heute erhalten ist. 2004 wurde es mit Gedenktafeln zur Gedenkstätte ausgebaut. Auf dem weitgehend als Parkplatz genutzten Platz zeigen farbige Markierungen die Grundrisse der 1938 zerstörten Synagoge an.
1961 wurde am Synagogenplatz (König-Karl-Straße 51) ein Gedenkstein aufgestellt, den der Stuttgarter Künstler Herbert Gebauer geschaffen hatte.
Nach dem Ende des Kalten Krieges verblieb der Bunker zunächst weiterhin in der Zivilschutzbindung und wurde vom Zoll genutzt. Zu Beginn dieses Jahrtausends fanden im Bunker vereinzelt Veranstaltungen statt. Zur Jahrzehntwende 2010 endete auch für diesen Bunker die Zivilschutzbindung. Der Platz mit der Stele von Gebauer und dem benachbarten Eingangshäuschen ist regelmäßig Ort von Gedenkveranstaltungen.