Existencia pomerne monumentálnej stavby synagógy úzko súvisela s veľkým počtom židovského obyvateľstva, ktoré v Bytči žilo a najmä na konci 18. a na začiatku 19. storočia sa aktívne podieľalo na hospodárskom i kultúrno-spoločenskom zveľaďovaní mesta.
Murovaná stavby synagógy stála v Bytči už v r. 1801, ale jej súčasná podoba v tzv. neorománskom štýle je výsledkom stavebných aktivít židovskej náboženskej obce zo začiatku 20. storočia.
Bloková stavba s pôdorysom v tvare náznaku písmena „T“ má rozdielnu výškovú úroveň jednotlivých hmôt a päťboký polygonálny uzáver. Čelná fasáda objektu je bohato členená tak v hmotách, ako aj plastickom stvárnení detailov s výrazom neorománskej architektúry. Portál hlavného vstupu má plastické lemovanie do oblúka s vloženým rastlinným a geometrickým ornamentom a po stranách ho ohraničujú stĺpy s charakteristickou románskou hlavicou. Nad vstupnou bohato vyrezávanou drevenou bránou je osadený mozaikový vitrážový svetlík a nad ním kruhové okno s hviezdicovitou výplňou. Štít ukončuje predĺžený oblúčkovitý vlys s náznakom románskych stĺpov a reliéfne rozety v omietke. Celú plastickú výzdobu dopĺňa maľovaný hebrejský nápis.
Interiér synagógy je riešený ako halový priestor trojlodia s galériou (emporou) po bokoch a nad vstupom, ktorý zároveň tvorí predsieň stavby s krížovou klenbou. Drevené ženské galérie nesú štvorboké ozdobné liatinové stĺpy, charakteristické pre židovské synagógy a modlitebne druhej polovice 19. storočia. Priestor tzv. mužskej sály má rovný kazetový strop s maľovanou ornamentálnou výzdobou a polygonálny záver so zvýšeným pódiom ukončuje rebrová klenba. Žiaľ, súčasný stavebno-technický stav tejto významnej pamiatky je veľmi narušený a naliehavo vyžaduje zvýšenú pozornosť a starostlivosť.