Desde entonces pasó por varias fases de restauración como la de Félix Hernández en 1929 y las iniciadas en 1977 hasta llegar a la reapertura del edificio en 1985 con motivo de la celebración del 850 aniversario de nacimiento de Maimónides.

Consta de un patio al que se accede desde la calle y que da paso a un vestíbulo seguido de la sala de oración. Del lado oriental del vestíbulo arranca la escalera que lleva hasta la galería para las mujeres.

La sala de oración es de planta casi cuadrangular, con 6’95×6’37 m, tiene cubierta de artesonado y alcanza una altura de más de 6 metros; en su lado oriental se abre el tabernáculo, espacio reservado para la Torá y coronado con arco enmarcado en un alfiz. El lado opuesto al tabernáculo presenta un pequeño nicho con arco polilobulado y apuntado, donde estuvo el retablo de Santa Quiteria. La zona inferior de las paredes de la Sala de Oración perdió su decoración, conservándose actualmente únicamente las ricas yeserías de la parte alta.

Las labores ornamentales muestran dos estilos bien diferenciados; la zona correspondiente a la tribuna de las mujeres se adorna con yeserías de rico y complicado diseño, que revela influencias granadinas en la obra. Las restantes paredes lucen un reticulado de arquillos lobulados con una piña al centro, cuya estética se muestra cercana al arte toledano. La decoración se completa con oraciones extraídas del libro de los Salmos. La decoración en yeso, con motivos mudéjares, se ha perdido hasta unos dos metros de altura, dejando a la vista el ladrillo de su fábrica. En el siglo XVIII se reemplazó el artesonado por una bóveda decorada con yeserías.

En el muro oriental existe un hueco destinado a acoger el «Aron» o arca en la que se custodiaban los cinco libros del Pentateuco. A la derecha de este hueco se conserva una inscripción en cuyo texto se alude a Yishaq Moheb, fundador de la Sinagoga. Frente a éste puede verse un bello arco polilobulado que constituía el enmarque del «bimah» o púlpito. Se aprecian restos pictóricos representando una cruz, fechable con probabilidad en el siglo XVI.