Здание представляет собой почти квадратное в плане строение (20х21м.) с толщиной стен до двух метров. К юго-западному углу синагоги примыкает круглая башня с бойницами вместо окон. Декор фасадов сдержанный: простые карнизы, неглубокие прямоугольные ниши, оконные проёмы объединены общей на всю стену нишей, которая соединена с угловыми пилястрами. Внутреннее устройство храма традиционно: посреди зала четыре восьмигранных колонны и алтарный шкаф со ступеньками на восточной стене. Это бима. Бима выполняла две важные функции: конструкционную – на неё опирались перекрытия, и религиозную – она являлась кафедрой для чтения молитв. Стены синагоги украшала богатая лепка с животным и растительным орнаментом. Здание синагоги, особенно её верхняя часть, неоднократно перестраивалось. С южной стороны здания раньше существовала пристройка, где молились только женщины. Территория синагогального двора была заполнена религиозными и гражданскими зданиями (молитвенные дома, баня, общественный туалет, «госпиталь» и т.д.). Некоторые из этих строений располагались около самой синагоги. До нашего времени деревянные строения не сохранились, крыша здания синагоги разрушена. Бывшая синагога – интереснейший памятник архитектуры ренессанса. Синагога в городе Быхове, памятник архитектуры позднего ренессанса, построена в 40-50 годы 17 столетия, являлась центром религиозной и гражданской жизни евреев Быхова, которые в начале ХХ века составляли около половины городского населения.

В 2013–2014 годах синагога была законсервирована за счет средств республиканского и местного бюджетов в рамках Государственной программы «Культура Беларуси на 2011–2015 гг.», а также за счет спонсорских средств. Были осуществлены: инструментальное обследование здания, изготовлена проектно-сметная документация, выровнены, усилены и оцинкованы парапеты.