Das im Rahmen der Kölner Bundesgartenschau im Jahr 1957 entstandene Sternwellenzelt wurde von Professor Frei Otto als Ergänzung für die Tanzfläche des Kölner Tanzbrunnens in Membranbauweise konzipiert. Ein bekanntes späteres Werk von Otto ist die Überdachung des Hauptsportstättenbereichs am Olympiagelände in München, bei der er die Membranbauweise weiter entwickelte. Das Sternwellenzelt ist heute denkmalgeschützt.
Die Tanzfläche selbst wurde bereits 1950 vom Architekten Josef Op Gen Oorth als rundes Wasserbassin mit einer leicht erhöhten begehbaren Fläche in der Mitte des Beckens angelegt.

Der Name des Sternwellenzelts leitet sich von der sternförmigen Konstruktionsart aus zwölf gleich großen Zeltabschnitten, die um einen Ring mit einer 28 m² großen Öffnung arrangiert sind, und das dadurch entstehende wellenartige Auf und Ab der Zeltsegmente ab. Gestützt wird das Sternwellenzelt, dessen Fläche ca. 1000 m² beträgt, durch sechs Leichtbaumasten die jeweils etwa zehn Meter hoch sind. Ursprüngliches Material des Zelts war Baumwollsegeltuch, das jedoch bei einer Restaurierung im Jahr 2001 durch beschichtetes Polyester-Polyplan ausgewechselt wurde.