A ma is látható zsinagógát Landherr András tervei alapján 1820–1821 között építették a 18. században épített, majd lebontott zsinagóga helyére.

A 18. század során Óbuda, és benne az óbudai zsidóság lakossága is megtöbbszöröződött. 1727-ben már állt egy „sidók oskolája” Óbudán, amelyet annak feldúlása után 1732-ben egy második imaház váltott fel. 1765-ben már ez is omladozott: Óbuda akkori birtokosa, Zichy Miklósné új építését engedélyezte a gyülekezetnek. 1767-69 között épült fel a harmadik zsinagóga. Bár falait erős kövekből emelték, az alapozás túl gyengének bizonyult. Az 1780-as években több kísérlet is történt a falak megerősítésére és a hibák kijavítására – eredmény nélkül. Végül 1817-ben elhatározták a zsinagóga teljes átépítését.

Az immáron negyedik épület az, amit ma is láthatunk. Kialakítására a később a Nemzeti Múzeum palotáját tervező Pollack Mihály és ma kevésbé ismert pályatársa, Landherr András is nyújtott be tervet. A hitközség végül utóbbiét választotta. (Állítólag az alacsonyabb kivitelezési költség miatt döntöttek az egyszerűbb terv mellett: az ugyanis akkori áron 28 ezer forintba került.) Landherr András a kor népszerű építészmestere volt: több, mint 50 lakóházat tervezett, legjelentősebb épülete azonban az óbudai Zsinagóga lett. Vannak, akik szerint Pollack is részt vehetett a tervek elkészítésében, de az is lehet, hogy Pollack 1789-1808 között emelt Deák téri evangélikus temploma ihlette meg Landherrt. Biztosat nem tudunk: az eredeti tervek sajnos elvesztek. A zsinagóga két évig tartó felépítésében a hitközség tagjai is részt vettek. A sietős építésre utal, hogy helyenként a lábazatokat, kereteket és különösen a főpárkányzatot pontatlanul helyezték el; akad, ahol a szintbeli eltérés a 15 cm-t is eléri! A zsinagógát végül 1821. július 20-án avatták fel.

A második világháború végére a templom romossá és elhagyatottá lett, bár a hitélet csak 1958-ban szűnt meg teljesen. A hatvanas években az épületet államosították, a Fővárosi Műemlék Felügyelőség helyreállíttatta. A részlegesen helyreállított épületben 1972-ben a Textilmúzeum kiállítása működött, de az év végén már ki is költöztek. Amikor a Magyar Televízió a Szabadság téren álló Tőzsdepalotát egyre inkább kinőtte, újabb helyszínek után kellett nézni. Így esett a választás többek között a kiüresedett zsinagógára, ahol az MTV 5. stúdiója működött évtizedeken át. (A stúdió bontásáról egy kép itt látható.) Közvetlen kapcsolásra innen nem volt mód, mindössze forgatási helyszínként használták az épületet. Az MTV két éve végleg elhagyta Szabadság téri székházát, és Óbudán új épületbe költözött, így lehetővé vált az 5. stúdió felszámolása, és ezzel az eredeti funkció helyreállítása is.

2010 tavaszán az Egységes Magyarországi Izraelita Hitközség (EMIH) bérleti szerződést kötött a Magyar Televízióval, és birtokba vette a zsinagógát. Július 15-én kezdődött el egy 60 millió forintba kerülő kisebb felújítás, majd ezt követően szeptember 5-én tartották meg a felszentelést és az új tóratekercs avatását.