Домовладение, где сейчас находится синагога, расположено в центре Москвы в квартале, ограниченном Большой и Малой Бронными улицами (http://www.bronnaya.ru/). В середине-второй половине XVIII в. участок входил в состав крупной усадьбы, занимавшей северо-западную часть квартала.
Каменный жилой дом, построенный, скорее всего, в середине XVIII в. (возможно, на месте деревянных хором), представлял собой палаты с каменным подвалом, который занимали кладовые. Вероятно, в конце XVIII в. была сделана попытка придать застройке владения классицистический характер: парадный двор, образованный перед главным домом, был фланкирован жилым флигелем, выходившим торцевым фасадом на красную линию переулка.
Владение первоначально представляло собой усадьбу известного российского финансиста Лазаря Полякова. В 1883 году под руководством архитектора М.Н. Чичагова часть ее перестраивается в восточном стиле и передается синагоге. Примечательно, что в зале для молитвы был специально сооружен тайный подземный ход для спасения евреев в случае возможных погромов.
В своем первоначальном архитектурном виде синагога просуществовала до 50-х годов прошлого века
В 1939 году раввин синагоги Мойше-Хаим Гуртенберг был расстрелян, а сама она закрыта. Позже здание было реконструировано и в 1952 году передано Московскому Дому художественной самодеятельности. Однако из-за плохого технического состояния перекрытий и увеличившейся на них нагрузки на стенах здания появились трещины..
В 1991 г. здание синагоги возвращают еврейской общине. До недавнего времени продолжалась реконструкция здания, превратившая синагогу на Большой Бронной в одну из самых современных – внешний фасад облицован тонированным стеклом, а купол над Торжественным Залом имеет форму звезды.
Синагога на Большой Бронной является важнейшим центром еврейской культуры в Москве – здесь находится "Религиозный центр Памяти евреев, невинно уничтоженных в ХХ веке".
С момента возобновления служб в синагоге на Большой Бронной, она неоднократно становилась объектом нападений и терактов.
В 1993 г. в комнату раввина была брошена зажигательная бомба – в результате чего возник пожар.
25 июля 1999 г. было обнаружено и обезврежено взрывное устройство, мощностью один килограмм в тротиловом эквиваленте. В тот день в синагоге должен был состояться детский праздник – бомба была обнаружена до его начала сыном раввина, после чего была вынесена на улицу и обезврежена саперами. При обезвреживании бомбы взрывной волной выбило стекла в близлежащих зданиях, к счастью, никто не пострадал.
В апреле 2003 года преступник положил бомбу прямо на тротуар около входа в здание, поджег фитиль и скрылся. Взрыва не произошло лишь по счастливому стечению обстоятельств - случайный прохожий, выдернув шнур, предотвратил взрыв. Позже был составлен фоторобот преступника, но, как и в предшествующих случаях, поиск злоумышленников не дал результатов.
Вечером 11 января 2006 года в здание ворвался молодой человек с ножом и ранил 8 человек, которые были госпитализированы. Злоумышленник был вскоре задержан и по факту нападения возбуждено уголовное дело.
