Tonnerre gaf zijn naam aan het wijngebied, de Tonnerrois, waarvan het deel uitmaakt. Het plaatsje is gevormd rondom een mysterieuze karstbron, de Fosse Dionne, die het gehele jaar door een enorm debiet heeft (gemiddeld 100 liter water per seconde).
Het wateroppervlak van de Fosse Dionne is smaragdgroen en turquoise van kleur. Aangezien de herkomst ervan niet was vast te stellen, werd lange tijd gedacht dat de bron oneindig diep zou zijn. Dat was voer voor allerlei legendes. Inmiddels is duidelijk dat de Fosse Dion minimaal 61 meter diep is en wordt gevoed via een ondergrondse gang. Daarvan is slechts 360 meter verkend: duikers konden, vanwege versmallingen en bochten, niet verder doordringen in de gang.
In 1758 werd rond de bron een ronde wasplaats aangelegd met een doorsnede van 14 meter. Een afdak moest de wasvrouwen beschermen tegen neerslag. Deze wasplaats werd nog gebruikt tot de jaren ’60 van de vorige eeuw.
Behalve de Fosse Dionne valt er vanaf 1 juli 2022 nog een andere belangrijke bezienswaardigheid te ontdekken in Tonnerre. Dan gaat namelijk het in 1293 gestichte Hospitaal van Tonnerre opnieuw open voor publiek. Verder kunnen in Tonnerre enkele kerken worden bezichtigd.
De Sint-Pieterskerk (Saint-Pierre, 18B Rue Armand Colin) uit de 13e en de 17e eeuw steekt boven de rest van het stadje uit. Vanaf het voorplein heeft men een geweldig uitzicht over Tonnerre en de omgeving. Binnen verdienen vooral het oude orgel, de preekstoel uit de 18e eeuw en de glas-in-loodramen de aandacht.
In 1164 werd, toen nog buiten de bebouwde kom, de Notre-Dame (Rue Saint-Michel) gesticht. Tegenwoordig staat deze kerk in de binnenstad van Tonnerre. De gevels hebben in de loop der eeuwen te lijden gehad onder branden en bombardementen. De reconstructies zijn uitgevoerd in gotische stijl.
Het wijngebied van de Tonnerrois is te verkennen door de Wijnroute Grand Auxerrois en Chablis te volgen.