Die von Gottfried Semper 1838 erbaute Synagoge wurde in der Reichspogromnacht vom 9.11.1938 zerstört. Das einzige Originalteil des alten Semperbaus ist der gerettete Davidstern im Eingangsbereich des Neubaus. Die neue Synagoge, ein moderner Bau zwischen Carolabrücke und Brühlscher Terrasse, wurde am 9.11.2001 geweiht.

Das Gebäude der heutigen Synagoge besteht aus sandsteinfarbenen Formsteinen und teilt sich in drei Bereiche: die eigentliche Synagoge - ein nach Osten gedrehter hoher Bau - und dem Gemeindehaus. Dazwischen befindet sich ein Freiraum, auf dem der Grundriss der Sempersynagoge mit Glasscherben aufgezeichnet ist. Im Sommer 2002 wurde die Synagoge auf dem 21. Architektur-Weltkongress als „bestes Gebäude Europas“ ausgezeichnet.