Ab 1930 wurde das Observatorium dem preußischen Staat verpachtet und damit de facto zur Außenstelle der Universitätssternwarte Berlin-Babelsberg. In dem Zweiten Weltkrieg wurde die Sternwarte ab 1940 auch als Luft- und Wetterbeobachtungsstation genutzt und der Deutschen Luftwaffe unterstellt. Nach dem Krieg gelang es Cuno Hoffmeister die Forschungsprogramme der Sternwarte auch unter sowjetischer Besatzung fortzuführen. Allerdings musste in dem Zuge der von der Besatzungsmacht 1945 verfügten Demontagen das damals leistungsstärkste Teleskop - ein 40 cm Schmidt-Teleskop - an eine sowjetische Sternwarte abgegeben werden. Ab April 1946 wurde die Sternwarte Sonneberg ein Forschungsinstitut der Deutschen Akademie der Wissenschaften in Berlin. In den 1950er Jahren wurde die Sternwarte beträchtlich vergrößert. Sie besteht seither aus mehreren, durch Grünanlagen getrennten ein- bis zweigeschossigen Gebäuden mit großzügigen Labor- und Arbeitsflächen und angesetzten Kuppelbauten für die Beobachtungsgeräte. Bis Anfang der 1960er Jahre wurden auch viele neue Instrumente angeschafft und die Anzahl der wissenschaftlichen Mitarbeiter beträchtlich erhöht. 1960 und 1961 wurden zwei Refraktoren mit je 40 cm Durchmesser in Betrieb genommen. Nach dem Mauerbau in Berlin am 13.08 1961 lag die Sternwarte Sonneberg in dem Grenzsperrgebiet. Damit war sie für auswärtige Besucher nahezu unerreichbar und vom SED-Regime in dem internationalen Forschungsbetrieb nicht mehr vorzeigbar. Schon 1960 war auf politischen Druck des SED-Politbüros die für Sonneberg geplante Großinvestition des 2 m Schmidt-Teleskops nach Tautenburg bei Jena umgelenkt worden, um dort eine neue Sternwarte, die heutige Thüringer Landessternwarte, außerhalb des Zonengrenzgebiets einzurichten. Nach der so genannten Akademiereform 1967 wurde die wissenschaftliche Leitung abgesetzt und die Sternwarte dem Institut für Astrophysik unterstellt. Pläne sahen den Abbau der Instrumente, eine Umsiedlung des wissenschaftlichen Personals und die vollständige Schließung in dem Jahre 1969 vor. Der neue wissenschaftliche Leiter, Dr. Wolfgang Wenzel, konnte dies jedoch durch Intervention verhindern. Ein zunächst verhängtes Beobachtungsverbot mit den großen Instrumenten wurde in einem Akt des zivilen Ungehorsams ignoriert und 1969 schließlich rückgängig gemacht. Die wissenschaftliche Arbeit und die Langzeit-Forschungsprogramme liefen danach bis zu dem Zusammenbruch der DDR 1989 weiter und litten lediglich unter den in der DDR üblichen Mangelerscheinungen, die die Mitarbeiter der Sternwarte mit Improvisationskunst und technischen Eigenentwicklungen überbrücken konnten.

Nach der Wiedervereinung 1990 zählte die Sternwarte 36 Mitarbeiter und gingins Eigentum des Landes Thüringen über. Nach Evaluierung der Forschungseinrichtungen in Thüringen erhielt die Sternwarte Tautenburg auf Grund des oben erwähnten 2-m "Alfred-Jensch-Teleskops" den ca. ein Mal zu vergebenden Status einer mit öffentlichen Forschungsmitteln geförderten Landessternwarte. Die Sternwarte Sonneberg dagegen sollte 1991 geschlossen werden. Dem außerordentlichen Engagement des damaligen Leiters der Sternwarte, Waldemar Götz , ist es zu verdanken, dass das Institut zunächst als Außenstelle der Thüringer Landessternwarte Tautenburg weiterbetrieben und ein neuer Schließungstermin auf 1995 verschoben wurde. Es folgte ein massiver Personalabbau, so dass 1992 ca. noch 10 Mitarbeiter beschäftigt waren. Auch der aus Tautenburg abgeordnete neue Leiter der Sternwarte, Hans-Jürgen Bräuer , versuchte die Schließung der Sternwarte zu verhindern und unterstützte die Gründung des gemeinnützigen Vereins "Freunde der Sternwarte Sonneberg e. V.". Trotz aller Bemühungen wurde die Sternwarte Sonneberg am 31.12 1994 als staatliches Forschungsinstitut geschlossen. Mit finanzieller Unterstützung der Stadt und des Landkreises Sonneberg sowie der Länder Bayern und Thüringen gelang es jedoch ab Oktober 1995 unter der Leitung von Constanze la Dous mit vier Mitarbeitern ein fünfjähriges Projekt in das Leben zu rufen, um das international anerkannte Sonneberger "Sky-patrol and -survey Programm" fortzuführen. Darüber hinaus wurde in dem Jahre 1998 ein Astronomie-Museum gegründet. Das Museum zählte in dem Jahre 2003 etwa 5 Tausend Besucher. Ermöglicht wurde die Durchführung des Projekts und die Einrichtung des Museums auch durch den Einsatz von ABM-Kräften. Als das Projekt in dem Dezember 2 Tausend endete, gelang es nochmals eine Förderung durch den Landkreis und die Stadt zu erhalten, um bis zu dem Jahre 2002 weiterarbeiten zu können. Das Projekt wurde letztmalig bis Ende 2003 verlängert.

Seit dem 1.01 2004 wird die Sternwarte vom Zweckverband Sternwarte Sonneberg und der Firma 4pi Systeme - Gesellschaft für Astronomie und Informationstechnologie mbH weitergeführt. Die Firma, die in dem Jahre 2 Tausend von ehemaligen Mitarbeitern der Sternwarte Sonneberg gegründet wurde, entwickelt mit 12 Mitarbeitern (1/2004) Software zu dem Betrieb astronomischer Fernrohre. Zusätzlich hat "4pi Systeme" mit Unterstützung durch den Verein der "Freunde der Sternwarte Sonneberg e.V" die Betreiberfunktion für die wissenschaftlichen Einrichtungen der Sternwarte und das angeschlossene Astronomiemuseum übernommen. Auf Grund dieser privaten Initiative können das Astronomiemuseum, der Hörsaal und die Beobachtungsinstrumente der Sternwarte für Ausstellungen, Führungen und Vorträge auch gegenwärtig noch genutzt werden.

Die Hauptaufgabengebiete der Sternwarte waren:

• Die fotometrische, lichtelektrische Behandlung und Erforschung veränderlicher Sterne, Kometen, Meteore, Meteorströme und sonstiger extraterrestrischer Objekte.
• Die Langzeitforschungsprogramme "Sonneberger Felderplan " (Field patrol) und "Sonneberger Himmelsüberwachung " (Sky patrol).
• Die Entwicklung und Herstellung wissenschaftlicher Geräte und Instrumente zur Himmelsbeobachtung und Auswertung der Beobachtungsergebnisse.

Die Sternwarte Sonneberg verfügt heute (noch) über das zweitgrößte Astroplatten-Archiv der Erde, das eine wertvolle Informationsquelle für die Veränderlichen-Forschung ist. Es umfasst über 270 Tausend Fotoplatten, die die Veränderungen am nördlichen Sternenhimmel über mehr als 70 Jahre abbilden. Außerdem sind in dem Archiv ungefähr 5 Tausend Fotoplatten des südlichen Himmels, die Cuno Hoffmeister auf mehreren Expeditionen in Bolivien und Südafrika zwischen 1926 und 1959 aufgenommen hat. Mehr als ein Viertel aller bekannten variablen Sterne der Milchstraße wurden bisher mit Hilfe der Sonneberger Astroplatten entdeckt. Die meisten Aufnahmen sind in dem Rahmen des "Sonneberger Felderplans" (Field patrol) und der "Sonneberger Himmelsüberwachung" (Sky patrol) entstanden. Das Langzeitprogramm des "Sonneberger Felderplans" wurde 1924 von Cuno Hoffmeister begonnen und lief bis 1995. Die "Sonneberger Himmelsüberwachung" beruht auf der Idee Paul Guthnicks den gesamten nördlichen Sternenhimmel mittels der Astrofotografie zu überwachen. Dieses Programm läuft seit 1926 bis heute. Da ab 1997 keine unbelichteten Fotoplatten mehr erhältlich waren, musste die Himmelsüberwachung auf Filmmaterial umgestellt werden. Die historischen Fotoplatten stehen für wissenschaftliche Auswertungen zur Verfügung und werden seit 1992 auch digitalisiert. Diese Arbeiten dauern bis heute an. Zur Zeit läuft ein Projekt, um den Signal/Rauschabstand bei einem Teil der bereits digitalisierten Fotoplatten durch die Pixonenmethode deutlich zu verbessern. Dieses Projekt mit der Technischen Universität Ilmenau läuft noch bis zu dem Jahre 2005.

Hauptinstrument der Sternwarte war 1926 zunächst ein 135 mm Linsenteleskop mit verschiedenen Himmelkameras. 1938 kam ein Astrograph von 400 mm Objektivöffnung und 1600 mm Objektivbrennweite als neues Hauptinstrument zu dem Einsatz, das 1945 aber demontiert wurde. In der Sternwarte stehen heute zwei Cassegrain-Spiegelteleskope mit 60 cm Durchmesser, ein Schmidt-Teleskop mit 75 cm Durchmesser und zwei Refraktoren mit je 40 cm Durchmesser. In Ergänzung und als langfristige Alternative zu der seit 1926 mit Astrografen betriebenen Himmelsüberwachung wird seit 2002 eine CCD-Kamera in Verbindung mit einem Weitwinkelobjektiv eingesetzt. Als Kamera dient eine MultiMega-CCD-Kamera (Hersteller: OES - Optische und elektronische Systeme) mit einem 7kx4k Chip (Chipfläche: 84x48 mm, Fabr. PHILIPS) und wassergekühltem Peltier-Element.