Alors que les autres grandes synagogues consistoriales construites 30-35 ans auparavant, comme la Grande synagogue de la rue de la Victoire (1874), la synagogue de la rue des Tournelles (1876) ou la synagogue de la rue Buffault (1877) ont leur façade principale donnant directement sur la rue, Bechmann prend le parti d'une synagogue inspirée du style byzantin, avec une entrée par une cour.
La synagogue est conçue sur un plan carré. Le narthex permet l'accès aux galeries pour les femmes ainsi qu'à deux pièces annexes servant l'une d'oratoire pour la semaine et l'autre de salle d'accueil et de réunion.
Le bâtiment est constitué de différents volumes parfaitement discernables de l'extérieur. L'entrée et les salles annexes sont situées dans un avant-corps rectangulaire, percé de fenêtres à arc plein cintre, séparées chacune par des colonnettes faisant arcade, et en son milieu par un porche soutenu par deux colonnes de marbre noir, surmonté d'un pignon couronné des Tables de la Loi. Cet avant-corps est suivi d'un petit volume semi cylindrique, qui permet de pénétrer dans le hall de prière.
Pour l'extérieur du bâtiment, Bechmann a sélectionné comme matériau principal une brique beige, agrémentée d'une pierre blanche pour les chaînages d'angle, les rosaces, les arcades et les modillons. La salle de prière, de forme carrée, dont trois des murs sont percés, à hauteur du premier étage, d'une rosace à huit lobes, est surmontée d'une tour-lanterne en bois. L'intérieur de la synagogue se distingue des autres synagogues construites à la même époque par l'originalité de sa charpente en bois et de ses poteaux de bois très élancés, soutenant les galeries à balustrades aussi en bois. Les poutres et les piliers forment un enchevêtrement harmonieux habilement calculé. La salle de 13 mètres au carré a une hauteur d'une quinzaine de mètres au sommet de la petite coupole. La galerie des femmes, tout en bois, située au premier étage, court sur trois des côtés de la salle.
Pour la décoration de la synagogue, Bechmann avait initialement conçu des motifs décoratifs variés, tels des entrelacs, des étoiles, des rosettes mais il a préféré la sobriété et se limiter aux Étoiles de David, que l'on retrouvent sur les chapiteaux des deux colonnes de part et d'autre du porche, sur la mosaïque au-dessus du tympan menant à la salle de prière, sur les lustres, les boiseries (bimah, Arche sainte, siège du rabbin) et sur les vitraux.
La date hébraïque Elloul 5673 (29 septembre 1913) de la consécration de la synagogue est inscrite sur le tympan au-dessus de la porte menant à la salle de prière.
L'Arche sainte en bois, située sur le mur opposé à l'entrée, est simple et ne possède comme ornement qu'une Étoile de David, sculptée en bas-relief. Elle est surmontée des Tables de la Loi aussi sculptées dans le bois. Comme pour toutes les synagogues consistoriales érigées à cette époque, la Bimah (l'autel) est située devant l'Arche sainte et non au centre de la pièce comme pour les synagogues orthodoxes.
Les vitraux en verre coloré des grandes rosaces ainsi que des fenêtres à arc plein cintre situées sous les rosaces ou de part et d'autre des rosaces donnent un éclairage naturel aux couleurs chaudes parfaitement en harmonie avec les murs en pierre et les boiseries. Des chandeliers, des lustres et des appliques dont la forme des verrines a été spécialement dessinée par l'architecte, complètent cet éclairage.