Il locale della sinagoga si trova al primo piano di un edificio dell’antico ghetto, istituito a Carmagnola nel 1724: una ripida scala conduce a un vestibolo antistante alla sala di preghiera, dal quale si può salire al matroneo. La grande sala per la liturgia è un ambiente di forma quadrangolare, illuminata da ampie finestre sormontate da decorazioni in stucco, coeve a quelle che incorniciano i cartigli dipinti con versi della Bibbia. Il vano destinato all’arca santa, che custodisce il rotolo della Torah (il testo ebraico dei libri del Pentateuco), è al centro della parete a sinistra rispetto all’entrata: le porte dell’armadio (aron), dall'aspetto tradizionale, si aprono tra due colonnine a tortiglioni. L'arredo più prezioso è costituiti dal podio (tevà) a pianta ottagonale, con baldacchino sostenuto da esili colonne tortili sormontate da capitelli corinzi, festoni e ghirlande (realizzato nel 1766). Una fila di banchi, forse già esistenti e reimpiegati nel momento della sistemazione del locale come sinagoga, corre lungo le pareti.