Původní stavba byla na svou dobu mimořádná, trojlodní renesanční chrám nesený dvaceti pilíři se stal největší a nejhonosnější synagogou ghetta. Jejími staviteli byli Juda Coref Herz a Josef Wahl. Při ničivém požáru ghetta roku 1689 se klenba zřítila a budova byla zkrácena o třetinu, dodnes ji nese čtrnáct pilířů. V první polovině 19. století prošla dalšími úpravami a svou nynější novogotickou podobu získala při přestavbě na přelomu 19. a 20. století podle návrhu architekta Alfreda Grotteho.
Mordechaj Maisel byl výjimečnou postavou rudolfinské Prahy. Jako úspěšný obchodník a bankéř, jehož klienty byli šlechtici i císařský dvůr, získal titul dvorního Žida Rudolfa II. a dlouhá léta zasedal v radě starších. Byl štědrým mecenášem, kromě synagogy financoval Židovskou radnici, nemocnici i tři klausy, kam povolal slavného rabína Löwa, a na vlastní náklady nechal vydláždit ulice ghetta. Maisel zemřel bezdětný a přestože se císař osobně zúčastnil jeho pohřbu, záhy poté nařídil konfiskaci celého jmění. Jméno tohoto mecenáše dnes nese ulice v srdci Josefova i samotná synagoga.
Za nacistické okupace sloužila synagoga jako sklad konfiskovaného židovského majetku. Po válce ji získalo Židovské muzeum v Praze a synagoga se stala součástí jeho expozičního okruhu. Dnes hostí stálou expozici Židé v českých zemích od 10. do 18. století, která představuje dějiny židovského osídlení Čech a Moravy od středověku po osvícenství. Mezi unikátními exponáty lze spatřit prsten s hebrejským nápisem z 12.–13. století, chrámovou oponu darovanou samotným Maiselem, originály spisů rabína Löwa či pohřební roucho portugalského mystika Šlomo Molcha ze 16. století. Synagoga se nachází na adrese Maiselova 10, Praha 1.