В 1863 году в Одессе состоялось заседание Строительного комитета и членов еврейской молитвенной школы №1 по вопросу строительства в городе здания Бродской синагоги.
Синагога строилась на средства «бродских» евреев – переселенцев из Австрии и Германии, получивших такое название от города Броды, принадлежавшего тогда Австро-Венгерской империи.
11 сентября 1863 года был заложен фундамент здания.
Окончательно здание синагоги было построено в 1870 году.
Здание построено в готическо-флорентийском стиле по проекту архитектора И. Н. Колловича.
Бродская синагога была первой хоральной синагогой на юге Российской империи. В здании был установлен мощный орган и богослужения проводились с музыкальным сопровождением. Регентом1 синагоги был композитор Давид Новаковский.
С 1902 по 1922 гг. главным хаззаном2 Бродской синагоги был Пинхас Минковский.
Многие современники вспоминали, что хор, руководимый Д. Новаковским, пел лучше, чем поют ангелы у подножия престола Господня и тысячи поклонников различных вероисповеданий пытались попасть в синагогу, чтобы услышать его музыку и послушать главного кантора хора Минковского. Конная полиция порой вынуждена была наводить общественный порядок среди разбушевавшейся толпы.
В 1925 году здание синагоги было закрыто.
В 1944 году здесь разместился областной архив.
15 августа 1985 года здание синагоги решением Одесского облисполкома было принято под охрану государства.
В 2008 году здание было занесено в Государственный реестр недвижимых объектов культурного наследия Украины.
И только 19 июня 2016 года символические ключи от здания бывшей синагоги передали еврейской общине. Принял ключи главный раввин Одессы и юга Украины Авроом Вольф.

1Регент – в данном понятии – руководитель хора.
2Хаззан – певец (кантор), ведущий богослужение в синагоге