Schönhagen liegt ungefähr acht Kilometer westlich der Kreisstadt Heilbad Heiligenstadt am Anfang eines sich zur Leine hin öffnenden Tals. Die Umgebung ist durch Kalksteinberge geprägt, wie dem Großen Iberg (487 m) im Osten, dem Röhrsberg (468 m) im Süden und dem Ochsenberg (458 m) im Westen. Verkehrsmäßig ist der Ort nur von Norden über die Landesstraße 2011 und die Kreisstraße 108 zu erreichen.
Schönhagen wurde 1323 erstmals urkundlich erwähnt. Zu dieser Zeit wurde der Ort Schornbrandshagen oder Schornbrandshayn genannt. Seit 1589 heißt er Schönhagen. Er gehörte bis zur Säkularisation 1802 zu Kurmainz und unterstand der Gerichtsbarkeit der Familie von Hanstein. 1802 bis 1807 wurde der Ort preußisch und kam dann zum Königreich Westphalen. 1815 bis 1945 war er Teil der preußischen Provinz Sachsen. 1945 bis 1949 gehörte er zur sowjetischen Besatzungszone und war ab 1949 Teil der DDR. Von 1961 bis zur Wende und Wiedervereinigung 1989/1990 wurde Schönhagen von der Sperrung der nahen innerdeutschen Grenze beeinträchtigt. Seit 1990 gehört es zum wieder gegründeten Bundesland Thüringen.