Jediná na Moravě dochovaná synagoga tzv. polského typu pochází v jádře z poloviny 16. století. Její podobu nejvíce pozměnila zásadní přestavba v barokním slohu po požáru roku 1719, která synagoze vtiskla její dnešní podobu. Na přestavbě se podílel tehdejší dietrichsteinský architekt J. Ch. Oedtl, který řídil i přestavbu zámku.
Poslední úpravy v 19. století se dotkly již jen detailů, především oken. Po nákladné a dlouhodobé rekonstrukci byla synagoga počátkem 90. let zpřístupněna. V současné době je zde Regionálním muzeem instalována expozice o mikulovské židovské obci a její historii.