1812 wurde das Landhaus Sonnenberg von Heinrich Ziegler-Biedermann (1765-1846) als Sommerresidenz errichtet. 1840 eröffnete Ignaz Thomas Scherr zusammen mit seinem jüngeren Bruder Johannes in diesem klassizistischen Bau eine Privatschule. Sie bereiteten Winterthurer Jünglinge auf ihr Universitätsstudium vor. Thomas Scherr war 1839 als erster zürcherischer Seminardirektor in Küsnacht im Nachgang des «Züriputsches» entlassen worden, weil er für die konservativen Kreise zu viel Reformeifer an den Tag gelegt hatte. 1843 konnte Thomas Scherr ein eigenes Landgut in Emmishofen kaufen und verlegte seine private Erziehungsanstalt in den Kanton Thurgau.
1862 kaufte der Textilkaufmann Friedrich Imhoof-Hotze (Besitzer des benachbarten Landguts zum Büel) den Sonnenberg und schenkte das Gut seiner Tochter Emma zur Hochzeit mit Professor Dr. Gustav Adolf Biedermann-Imhoof (1829-1900), Lehrer für Chemie an der damaligen Knabenschule und Mitbegründer der Bank von Winterthur, der heutigen UBS. Nach dem Tod von Emma und Gustav Biedermann ging der ruhige Sitz am Heiligberg 1900 an ihren Sohn Robert Biedermann-Mantel (1869-1954). Dieser war Kaufmann und Fabrikdirektor in der Baumwollspinnerei, Zwirnerei und Eisengiesserei Blumer & Söhne in Rorbas-Freienstein. Er beauftragte den renommierten Polytechnikumsprofessor Gustav Gull (1859-1942), ihm das altväterliche Haus durch einen zeitgemässen Massivbau mit mittelalterlichen Formen zu ersetzen.
Gull hatte seinen Durchbruch als Architekt mit seinem Projekt für den Bau des Schweizerischen Landesmuseums in Zürich geschafft, welches 1898 eröffnet worden war. 1901 wurde das erste Haus zum Sonnenberg abgerissen, um an der Stelle den heutigen Bau zu errichten. Robert Biedermann vermachte die Villa Sonnenberg 1954 samt der 21‘000 Quadratmeter grossen Gartenanlage nach seinem Ableben gemäss dem Wunsch seiner bereits 1941 verstorbenen Ehefrau der Stadt Winterthur. Anna Louise Biedermann hatte sich gewünscht, dass einst ein Altersheim in der Villa eingerichtet werde. Zur mitten im Villenquartier gelegenen Villa Sonnenberg gehört der englische Landschaftsgarten von Conrad Löwe und Evariste Mertens, ein Fischteich, ein Pavillon mit Gärtnerei, ein Gewächshaus, ein Waldfriedhof und ein Tennisplatz.
Die Stadt Winterthur liess die Villa Sonnenberg durch das Architekturbüro Gürtler & Lutz in ein Altersheim für 16 Bewohnerinnen und Bewohner umbauen. Den Betrieb übernahm die Hülfsgesellschaft Winterthur, die 1913 bereits das erste private Altersheim in Winterthur eröffnet hatte, den «Wiesengrund». Im Oktober 1956 konnte das Altersheim Sonnenberg eröffnet werden. 1995 wurde das Haus in ein Alters- und Pflegeheim umgewandelt. 2007 erfolgte eine Neuorientierung: Der Sonnenberg wurde zu einem Wohnheim für Menschen mit Demenz. Das Angebot besteht aus sieben Einbett- und sechs Mehrbettzimmern auf drei Stockwerken. Das neue Betriebskonzept erforderte vor allem strukturelle Anpassungen beim Personal. Die Mitarbeitenden wurden entsprechend geschult, dies vor allem in der Kinästhetik (Lehre der Bewegungsempfindung), der basalen Stimulation (ein pädagogisches und pflegerisches Konzept, das körperbezogene Interaktionen fördert) und in der Validation (Methode und Haltung im Umgang mit Menschen). Bis heute wird das Wohnheim Sonnenberg von der Stiftung «Hülfsgesellschaft Winterthur» geführt.
