Najstarsza z zachowanych w Polsce synagog. Wzniesiona w XV wieku na wzór dwunawowych gotyckich synagog niemieckich i czeskich, tworzyła wraz z sąsiednimi zabudowaniami centrum religijno-administracyjne gminy żydowskiej na Kazimierzu. Po pożarze w 1557 roku odbudował ją w trakcie trwających do 1570 roku prac florencki architekt Mateo Gucci (pozostawiona przez niego inskrypcja znajdowała się w synagodze jeszcze do II wojny światowej). Budowla zyskała wówczas charakter renesansowy, w tym attykę, zachowała natomiast z pierwotnej budowli dwunawowy plan, mury sali męskiej, babińca i przedsionka, a także sklepienia krzyżowo-żebrowe.
W synagodze tej Tadeusz Kościuszko przemawiał w 1794 roku do Żydów, wzywając ich do przyłączenia się do Insurekcji. W 1886 roku synagoga została gruntownie odnowiona. Z tego okresu pochodzą nowe zachowane we fragmentach do dnia dzisiejszego dekoracje malarskie. Podczas remontu pod kierunkiem Zygmunta Hendla w latach 1904-1913 synagoga zyskała m.in. neorenesansowy detal, harmonijnie połączony z dawną strukturą zabytkową. Dodatkowo podniesiono do poziomu drugiego piętra północno-zachodnią przybudówkę, a teren wokół bożnicy obniżono do stanu sprzed XVI wieku i otoczono wysokim, kutym ogrodzeniem. W tragicznym okresie okupacji hitlerowskiej bożnica została pozbawiona wyposażenia i doszczętnie zdewastowana przez Niemców. Pod murem synagogi znajdowało się miejsce rozstrzeliwań. Po wojnie synagoga pozostawała w stanie ruiny. W 1956 roku przystąpiono do renowacji, którą w całości sfinansowało państwo. Pracami kierowali architekci Józef Jamroz i Józef Ptak, a głównym założeniem prac było przywrócenie obiektowi formy gotycko-renesansowej. W 1958 roku Krakowska Kongregacja Wyznania Mojżeszowego uroczyście przekazała synagogę na cele muzealne. Mieści się tu obecnie oddział Muzeum Historycznego Miasta Krakowa – eskpozycja "Dzieje i kultura Żydów krakowskich".
SKOZK finansował prace w synagodze – z dwiema rocznymi przerwami – w latach 1997-2006. Po sporządzeniu opinii o stanie konstrukcji przeprowadzono prace zabezpieczające przy starym murze obronnym, roboty instalacyjne i osuszające, a następnie przystąpiono do remontu konserwatorskiego poszczególnych elewacji budynku. We wnętrzu przeprowadzono m.in. konserwację kamieniarki oraz polichromii w sali śpiewaków, a także wykonano izolację przyziemia. W latach 2010-2011 SKOZK powrócił do finansowania prac w synagodze: wykonano wówczas konserwację jej wnętrza oraz zabezpieczono strukturę murów od strony ul. Józefa i pl. Bawół. W następnych latach restaurowane były przyległe do synagogi fragmenty murów obronnych dawnego miasta Kazimierz.
Łączna wartość prac finansowanych przez SKOZK w latach 1997-2006, 2010-2011 i 2015-2016 wyniosła 1.903.362 zł.