Obecnie jest jedną z najpiękniejszych świątyń Wrocławia, a dziedziniec przed nią najbardziej klimatycznym miejscem w mieście. Jej budowę rozpoczęto w 1827 roku. Projektantem synagogi był niemiecki architekt i radca budowlany Carl Ferdidnad Langhans, młodszy syn twórcy berlińskiej Bramy Brandenburskiej. Synagoga została zaprojektowana zgodnie z nurtem haskali, czyli żydowskiego oświecenia. Wyglądem przypomina bowiem bardziej budynki użyteczności publicznej niż wschodnioeuropejskie synagogi, które znaleźć można choćby w Krakowie.
Podczas nocy kryształowej z 9 na 10 listopada 1938 roku bojówki hitlerowskie zdewastowały wnętrze synagogi oraz podarły na strzępy znajdujące się w niej zwoje Tory, jednak nie odważyły się podpalić budynku ze względu na ścisłą zabudowę tej części miasta. Po wybuchu II wojny światowej synagoga była miejscem modlitwy wyłącznie do 1943 roku, potem hitlerowcy przerobili jej wnętrze na warsztat samochodowy oraz magazyny zrabowanego mienia żydowskiego. Na dziedzińcu synagogi urządzono jedno z miejsc zbiórek dla deportowanych do obozów zagłady wrocławskich Żydów. Fakt ten przypomina tablica pamiątkowa.
Po wojnie społeczność żydowska odzyskała synagogę i regularnie korzystała z niej aż do wydarzeń marcowych w 1968 roku. Później synagoga zaczęła popadać w ruinę, wandale regularnie wybijali w niej okna, niszczyli elewację. W 1974 roku na podstawie ustawy o poniemieckim majątku opuszczonym synagogę przejął skarb państwa i przekazał ją Uniwersytetowi Wrocławskiemu, który planował stworzyć tam bibliotekę, ale zabrakło mu na to pieniędzy. Później synagoga należała do Centrum Kultury i Sztuki, a w końcu do prywatnego przedsiębiorcy. Żaden z właścicieli nie dbał o budynek, który niszczał coraz bardziej. W latach 90. ubiegłego wieku Ministerstwo Kultury i Sztuki przekazało ją gminie żydowskiej. W 2010 roku synagoga po przeprowadzonym remoncie odzyskała dawną świetność. Wyremontowano zarówno zewnętrzną fasadę budynku, jak i jego wnętrze. W synagodze działa jedyny w Polsce chór wykonujący żydowską muzykę sakralną.
Synagoga pod Białym Bocianem – lata 90.