La compagnie a d'abord été fondée en 2001, sous le nom d'Oryx Pharmaceuticals. La mission de cette compagnie pharmaceutique canadienne spécialisée était alors d'acheter des produits pharmaceutiques innovateurs et de les faire homologuer, afin de les commercialiser au Canada. Après l'approbation et le lancement de plusieurs produits importants dont la mise en marché a été couronnée de succès, Sepracor Inc. a acquis la compagnie.
En octobre 2009, Sepracor Inc., la société mère de Sunovion aux États-Unis, a été acquise par Dainippon Sumitomo Pharma Co. ltée. (DSP), une compagnie ayant son siège social à Osaka, au Japon, et figurant parmi les dix compagnies pharmaceutiques détenant le meilleur rendement à la bourse.
Cette acquisition a renforcé le développement de médicaments de DSP effectué en sol nord-américain ainsi que son potentiel commercial, tout en regroupant des expertises élargies en deux grandes catégories de traitement, soit le traitement des troubles du système nerveux central (SNC) et des maladies respiratoires.
En avril 2010, la première filiale de DPS aux États-Unis, Dainippon Sumitomo Pharma America Inc. (DSPA), a été fusionnée avec Sepracor Inc. Sunovion est donc la nouvelle compagnie issue de cette fusion.