Соната была написана в 1801 и опубликована в 1802 году. Это период, когда Бетховен всё больше жаловался на ухудшение слуха, однако продолжал пользоваться популярностью в венском высшем обществе и имел множество учеников и учениц в аристократических кругах. 16 ноября 1801 года он писал своему другу Францу Вегелеру в Бонн: «Перемена, происшедшая во мне теперь, вызвана милой чудесной девушкой, которая любит меня и любима мною. В эти два года было несколько волшебных моментов и впервые я чувствовал, что женитьба может сделать человека счастливым».
Считается, что «чудесной девушкой» была ученица Бетховена, 17-летняя графиня Джульетта Гвиччарди, которой он посвятил вторую сонату Opus 27 или «Лунную сонату» (Mondscheinsonate).
Бетховен познакомился с Джульеттой (приехавшей из Италии) в конце 1800 года. К ноябрю 1801 года относится цитированное письмо Вегелеру, но уже в начале 1802 года Джульетта предпочла Бетховену графа Роберта Галленберга, посредственного композитора-любителя. 6 октября 1802 года Бетховен написал знаменитое «Гейлигенштадтское завещание» — трагический документ, в котором отчаянные мысли об утрате слуха сочетаются с горечью обманутой любви. Мечты были окончательно развеяны 3 ноября 1803 года, когда Джульетта вышла за графа Галленберга замуж.
Популярное и удивительно прочное название «лунной» укрепилось за сонатой по инициативе поэта Людвига Рельштаба, который (в 1832 году, уже после смерти автора) сравнил музыку первой части сонаты с пейзажем Фирвальдштетского озера в лунную ночь.
Против подобного наименования сонаты не раз возражали. Энергично протестовал, в частности, Л. Рубинштейн. «Лунный свет, — писал он, требует в музыкальном изображении чего-то мечтательного, меланхолического, задумчивого, мирного, вообще нежно светящего. Первая же часть сонаты cis-moll трагическая с первой до последней ноты (на это намекает и минорный лад) и таким образом представляет подернутое облаками небо — мрачное душевное настроение; последняя часть бурная, страстная и, следовательно, выражающая нечто совершенно противоположное кроткому свету. Только маленькая вторая часть допускает минутное лунное сияние...».
Это одна из самых популярных бетховенских сонат, и одно из самых популярных фортепианных произведений вообще («Лунная соната» в поп-культуре).