Die Mauern der alten Synagoge waren Zeuge mehrerer bedeutender Ereignisse in der polnischen Geschichte: Tadeusz Kościuszko hielt vor der Synagoge eine Rede, in der er die Mitbürger zum Kampf um die Freiheit ihres gemeinsamen Heimatlandes aufrief. Damals sagte er unter anderem: „Ich wünsche mir nichts für mich selbst, ich sorge mich nur um den beklagenswerten Zustand meiner Heimat, sowie darum, alle ihre Bewohner glücklich zu machen, zu denen ich auch die Juden zähle.“ Die Synagoge wurde vom Präsidenten Ignacy Mościcki besucht.  Ihre Geschichte geht wahrscheinlich auf das Jahr 1494 zurück, als die Juden, die beschuldigt wurden, ein Brand angestiftet haben, als Strafe nach Kazimierz umziehen mussten. Als sie einige Jahrzehnte später abbrannte, wurde ein Italiener Matteo Gucci aus Florenz mit dem Wiederaufbau beauftragt. Die Synagoge wurde um einen Gebetssaal für Frauen und Chor erweitert, behielt trotz Renaissance-Elementen ihren ursprünglichen gotischen Charakter. Die Synagoge brannte noch mehrere Male ab, zuletzt 1773. 1786 und 1797 verfluchte Rabbi Izaak Lewita in der Synagoge zweimal die Krakauer Chassidim.

1888 beschloss die Verwaltung der jüdischen Gemeinde Kraków, mit der Renovierung und dem teilweisen Wiederaufbau der Synagoge zu beginnen. Die architektonischen Pläne wurden von Jan Ertl erstellt.

1891 verfasste Jan Sas-Zubrzycki ein Entwurf für den Umbau der Westfassade der Synagoge im Zusammenhang mit dem Abriss des bisherigen Kahal-Gebäudes, das auf der Westseite an den Baukörper angebaut war. Der Entwurf von Sas-Zubrzycki knüpfte an die bestehende Fassade des Gebäudes an und wurde mit den dafür charakteristischen Elementen verziert. Zu diesem Zeitpunkt wurde auch ein kleiner Vorbau errichtet, der den Zugang zum Frauenraum im ersten Geschoss des westlichen Teils der Synagoge erleichtern sollte.

1904 wurden weitere Sanierungsarbeiten in der Synagoge nach Plänen des Architekten Zygmunt Hendel durchgeführt. Er hatte vor, die Attikawand des Gebäudes auszubauen, er entwarf zwei Portale zum Frauenraum, sowie das Portal zum Haupteingang. Hendel erstellte auch den Entwurf für den Umbau der Westfassade. Er entwarf neue Fenster- und Türeinfassungen aus Stein, die bogenförmig aber auch mit Voluten abgeschlossen werden sollten. Am nördlichen Ende der Ostwand baute er ein Türmchen hinzu. Er entwarf auch den schmiedeeisernen Zaun.

1909 erstellte Ferdynand Liebling  einen Kostenvoranschlag für die Durchführung der Arbeiten. Dieser umfasste die Erneuerung der Stützmauern, den Umbau des Daches über dem Frauenraum, die Errichtung eines neuen Dachstuhls über dem Hauptgebetssaal, die Herstellung von neuen Fenstereinfassungen und den Einbau von Fenstergittern. Wegen der mangelnden Finanzierung wurden die Arbeiten für anderthalb Jahre aufs Eis gelegt.

1913 wurden die Sanierungs- und Bauarbeiten fortgesetzt, kamen jedoch nach dem Ausbruch des Ersten Weltkriegs zum Stillstand.

Ab 1923 wurden die Arbeiten wieder aufgenommen. Der Umfang der Arbeiten umfasste lediglich den Umbau des Bereichs mit dem Haupteingang, der um ein zweites Stockwerk erhöht wurde. Es wurde dort ein kleines Museum mit den Artefakten aus der Synagoge und Haushaltsgegenständen eingerichtet.

Während des Zweiten Weltkriegs wurde die Synagoge verwüstet und zerstört. Nach einer Sanierung in den 1950er Jahren konnte sie wieder Besucher begeistern.

Heute ist die Synagoge eines der wertvollsten Denkmäler der jüdischen sakralen Baukunst in Europa. Auf dem Platz vor der Synagoge fand jedes Jahr (bis zur Pandemie) das Samstagskonzert „Shalom na Szerokiej“ im Rahmen des Festivals der jüdischen Kultur statt. Heute ist die Alte Synagoge eine Zweigstelle des Stadtmuseums Kraków und beherbergt eine äußerst interessante Sammlung mit einzigartigen Artefakten der jüdischen Geschichte und Kultur (die Dauerausstellung ist der Geschichte und Kultur der Juden in Kraków gewidmet).