Wewnątrz dwa rzędy słupów, pomalowanych w sposób imitujący marmur, dzieliły główną salę modlitewna synagogi na trzy nawy. Nawy boczne przykryte płaskim stropem mieściły na piętrze galerie dla kobiet. Nawa środkowa przykryta drewnianym, trudnym do zakwalifikowania sklepieniem. Jego profil zaczynający się łukowo, przechodzi dalej w linie proste i wywodzi się z architektury islamskiej.
Wnętrze synagogi było niezwykle bogato zdobione w przeciwieństwie do dekoracji zewnętrznych. Na błękitnym suficie, który miał symbolizować niebo wymalowanych było 12 plemion Izraela. Po prawej stronie od wejścia namalowana była Ściana Płaczu, a po lewej grób Racheli, koło której stała bogato zdobiona bima. Przy ścianie wschodniej, w niewielkiej apsydzie znajdował się Aron ha-kodesz, zwieńczony złotą koroną na Torę. Całość posiadała 400 miejsc siedzących. Po przebudowie z lat 1951–1955 we wnętrzu zachowano pierwotny układ sal.
Według Eleonory Bergman synagoga nie posiadała elementów architektury cerkiewnej oraz nie nawiązywała do synagog wiedeńskich czy wrocławskich, jak twierdzili A. Penkalla oraz J. Szczepański.