Al primo e al secondo piano della sinagoga ha sede il Museo Ebraico. È esposta una preziosa collezione di oggetti cerimoniali destinati sia al culto sinagogale, sia al culto domestico, provenienti sia dalle sinagoghe dell’antico ghetto, sia da donazioni private. La parte introduttiva ripercorre le tappe della storia della comunità fiorentina fin dall’epoca della nascita del ghetto, che è illustrato da una pianta settecentesca. Ai rituali familiari e alle festività religiose è dedicata una seconda sezione del museo che ci mostra argenti e tessuti legati ai momenti più significativi del ciclo della vita ebraica. Una sala attrezzata per la proiezione di documentazione filmica è infine dedicata alla memoria della Shoa.​