Podczas II wojny światowej, w 1941 r. hitlerowcy zdewastowali i ograbili wnętrze synagogi i urządzili w niej magazyny. Po zakończeniu wojny w synagodze na polecenie władz miejskich nadal znajdowały się magazyny, ale tym razem nawozów sztucznych. W 1965 r. w synagodze wybuchł pożar, który dopełnił dzieła niszczenia budynku, spłonęła unikalna biblioteka i archiwa gminy żydowskiej, a pozostałe cudem uratowane księgi wyrzucono do pobliskiej rzeki.
W latach 1974–1978 przeprowadzono gruntowny remont i konserwację synagogi. Od 1976 r. stanowi siedzibę Muzeum w Tykocinie oddziału Muzeum Okręgowego w Białymstoku (od 2000 r. przemianowanego na Muzeum Podlaskie w Białymstoku). Obecnie muzeum posiada bardzo bogatą ekspozycję judaiców oraz innych przedmiotów związanych z kulturą żydowską.
W głównej sali modlitewnej prezentowane są m.in. zabytkowe zwoje Tory nakryte koroną, tasy, tałesy, księgi, tefiliny, chanukije, menory, besaminki. W wieży urządzono pokój rabina oraz rekonstrukcję Seder Pesach, czyli wieczerzy paschalnej. W 1992 roku synagogę odwiedził Prezydent Izraela Chaim Herzog.
Architektura Murowany budynek synagogi wzniesiono na planie kwadratu o wymiarach 18 na 18 metrów, w stylu barokowym i licznymi elementami późnorenesansowymi.