Budowa Synagogi we Wrocławiu rozpoczęła się w 1827 roku i związany z tym przedsięwzięciem byli inwestor Jakob Philip Silberstein, mistrzowie murarscy Schindler i Tschoke oraz nadzorca budowlany Thiele. Projekt świątyni wykonał niemiecki architekt Carl Ferdinand Langhans a jej wnętrze ozdobił malarz Raphael Biow. Pierwsze nabożeństwo odbyło się tu w 1829 roku. Synagoga nazwana została Pod Białym Bocianem na cześć gospody, która wcześniej zajmowała to miejsce.
W czasach II wojny światowej synagoga zostałą zdewastowana a w 1943 roku hitlerowcy urządzili w niej warsztat samochodowy oraz magazyny. W 1945 roku Komitet Żydowski złożony z ocalałych polskich Żydów odzyskał synagogę i dostosował ją do potrzeb kultu religijnego. W latach sześćdziesiątych Synagoga pełniła funkcje ośrodka kultury i miejscem spotkań wrocławskich Żydów. Następnie władze komunistyczne zamknęły synagogę. W 1974 roku synagoga została przejęta przez Skarb Państwa i przekazana Uniwersytetowi Wrocławskiemu. W jej wnętrzu miała powstać biblioteka oraz czytelnie.
W demokratycznej Polsce świątynia została przekazana odrodzonej Gminie Wyznaniowej Żydowskiej dopiero w 1996 roku, wtedy też rozpoczęto w niej prace renowacyjne. W latach 2006 – 2008 ze środków miejskich odnowiono południową fasadę synagogi i odrestaurowano Aron ha-Kodesz. Osuszono też piwnice i przeprowadzono prace zabezpieczające budynek przed zawilgoceniem.
Po zakończeniu plac remontowych Synagoga stała się miejscem nie tylko praktyk religijnych ale również prężnie rozwijającym się ośrodkiem kultury żydowskiej. Odbywają się tu liczne wystawy, koncerty, wernisaże, występy teatralne, warsztaty oraz spotkania.
Synagoga należy od 1995 roku do tzw. Dzielnicy Czterech Światyń (zwanej też często Dzielnicą Wzajemnego Szacunku), w skład której wchodzą również prawosławny sobór Narodzenia Przenajświętszej Bogurodzicy, rzymskokatolicki kościół św. Antoniego z Padwy oraz ewangelicko-augsburski kościół Opatrzności Bożej.
Indywidualne zwiedzanie pierwszej i drugiej empory w Synagodze jest bezpłatne. Na pierwszej emporze dostępna jest stała wystawa „Historia Odzyskana. Życie Żydów we Wrocławiu i na Dolnym Śląsku”. Na drugiej emporze organizowane są czasowe wystawy.
