Benannt nach der Sonnenallee, die von 1938 bis 1947 einen NS-Namen trug.
Der Bahnhof wurde 1912 als Kaiser-Friedrich-Straße eröffnet, nach der 1893 zu Ehren Kaiser Friedrichs III. benannten Straße. Ihre Verlängerung erhielt 1920 den Namen Sonnenallee. 1938 wurde der ganze Straßenzug nach Braunau am Inn, dem Geburtsort Hitlers, in Braunauer Straße umbenannt; der Bahnhof folgte 1939. Später benannte die Reichsbahn den Bahnhof in Sonnenallee um; die ganze Straße heißt so seit dem 31. Juli 1947.