Bei der Belagerung von Mainz 1793 wurde die Synagoge stark beschädigt, die Reparaturen zogen sich jedoch 25 Jahre hin. In der Pogromnacht 1938 plünderten und entweihten Nationalsozialisten das Gebäude, setzten es aber nicht in Brand, um benachbarte Häuser zu schützen. 1940 wurden Synagoge und Grundstück zwangsverkauft und später als Schuppen und Hühnerstall genutzt.
Die Bedeutung der Synagoge geriet in Vergessenheit, bis 1978 die Ausstellung „Juden in Mainz“ sie wieder ins Bewusstsein rückte. Das versteckt gelegene Bauwerk wurde unter Denkmalschutz gestellt, der Stadt Mainz übereignet und durch den 1993 gegründeten Förderverein restauriert. Am 27. Mai 1996 erfolgte die feierliche Einweihung.
Besonders bemerkenswert sind die im Vorhof entdeckten Mikwen (rituelle Tauchbäder) aus verschiedenen Epochen – aus der Barockzeit und der Mitte des 19. Jahrhunderts –, die die Weisenauer Synagoge in Deutschland einzigartig machen.
