Jeszcze na początku XX wieku przy budynku stała mała, drewniana synagoga, w której modlili się wyłącznie Żydzi ortodoksyjni. Na początku tego stulecia zbudowano po stronie wschodniej mykwę, którą rozebrano po zakończeniu II wojny światowej. Podczas I wojny światowej synagoga uległa zniszczeniu. Zaraz po wojnie gruntownie została odnowiona, dzięki funduszom jednego z mieszkańców Dąbrowy – Golda. W latach 1936–1937 przeszła generalny remont pod nadzorem Doroty Mertz z Tarnowa, podczas którego dobudowano do fasady w miejsce drewnianej konstrukcji, wielki, trójkondygnacyjny krużganek.
II wojna światowa i lata 1945–1989 Podczas II wojny światowej hitlerowcy zdewastowali synagogę, następnie urządzili w niej magazyn, który funkcjonował do 1970 roku. Po zakończeniu wojny miejscowi Żydzi modlili się początkowo w przedsionku, a około 1950 roku urządzili dom modlitwy w bocznym pomieszczeniu przylegającym do sieni przejściowej. Wykonano tam wówczas skromny, lecz kompleksowy wystrój malarski ścian, który przetrwał do XXI w.Andrzej Trzciński, Zachowane wystroje malarskie bożnic w Polsce, Studia Judaica 4: 2001 nr 1-2(7-8) s. 67–95. Po II wojnie nowo powstała Kongregacja Wyznania Mojżeszowego w Dąbrowie Tarnowskiej próbowała odzyskać prawo własności do synagogi.