La sinagoga presenta una estructura basilical de cinco naves estrechas, orientadas de este a oeste, siendo la central más alta que el resto, y separadas por arcadas de grandes arcos de herradura circulares y no apuntados, lo que denota una cierta influencia cristiana mozárabe. Las arcadas de grandes arcos apoyan sobre columnas octogonales de ladrillo con zócalo de azulejos. Sobre las arcadas corren arquerías ciegas de arcos lobulados con decoración en yeso de motivos vegetales y lacerías geométricas, de acento inconfundible almohade, cuyos nudos forman la estrella de David. Se cubre con un artesonado clásico mudéjar de alerce. La armadura de la nave central es de par y nudillo con remates tallados, siendo manifiestamente un producto del arte local de la carpintería artística toledana.