W narożnikach oraz elewacjach bocznych wsparta jest szkarpami, które dodano w XVIII w.

Główna sala modlitewna o wymiarach w świetle ścian w poziomie przyziemia 17,8 × 11,4 m, łącznie z emporą 25,6 × 11,4 m, wysokość do sklepienia 13,4 m., jest przykryta sklepieniem kolebkowym z lunetami o bogatej geometrycznej dekoracji stiukowej złożonych z profilowanych listew, które prawdopodobnie zaprojektował Jan Baptysta Falconi. W zachodniej części znajduje się prostokątny Przedsionek, nad którym na piętrze znajduje się otwarta empora na salę główną, w której dawniej znajdował się babiniec. Oddziela go od głównej sali pięć arkad renesansowych z toskańskimi kolumnami ustawionymi na balustradzie. Nawiązuje ona do krużganków renesansowych i jest jednym z najokazalszych takich zastosowań w architekturze synagogalnej.

Na ścianach sali głównej, jak również babińca znajdują się obszerny kompleks polichromii w postaci tekstów liturgicznych w ozdobnych obramieniach. Większość z nich odkryto podczas prac restauracyjnych w latach 90. XX w. Najstarsze pochodzą z okresu zaraz po wzniesieniu synagogi, jak np. cytat biblijny znajdujący się u szczytu ściany wschodniej, na którym znajduje się chronogram 404, czyli około 1643-1644.