בית הכנסת תולדות יצחק נבנה להנצחת הרב יצחק בן-גואליד מטטואן במרוקו הספרדית והוא חלק מקומפלקס המכיל, מלבד בית הכנסת, גם חדר אוכל, אולמות לימוד, בית מדרש ומוזיאון להנצחת יהדות צפון אפריקה. המבנה ממוקם בין שני רחובות בעלי הפרש גובה משמעותי עליהם הוא נדרש לגשר. כתוצאה מכך נוצרו שתי חזיתות הנבדלות ביניהן במראה.

בעוד שהחזית המזרחית כאילו צומחת בקלילות מן הקרקע, החזית המערבית קלילה בחלקה העליון אך נשענת על מסד כבד למדי, מחופה אבן ירושלמית כלפי הרחוב, כמדרון שהוא בא לחפות. דירוג הגופים ומיקומם במישורים שונים משווה לחזית אופי כמעט קסבאי.

האלמנט המאפיין המופיע בשתי החזיתות הוא סדרה של ארבע חלונות קשותים מעוטרים בזכוכיות צבעוניות הסוגרים קמרונות חבית הנמתחים מצפון לדרום ומונחים על קירות התמך הצדדיים.

חלל בית הכנסת תוכנן תחת הקימרון הגדול ביותר בחלקו הצפוני של המגרש והוא מתאפיין בחלון ויטראז' המציג את מתן התורה. בית הכנסת הוא בעל תכנית מעין בזיליקאלית. היושבים מביטים אל הציר המחבר את ההיכל והתיבה משני צדיו. גם עזרת הנשים ערוכה באותה שיטה. העיטור של סבכות ההפרדה בעזרת הנשים ובההיכל, הם על פי מיטב העיטור הצפון אפריקאי – ספרדי שעוצב על ידי אדריכל צפון אפריקאי שהובא על ידי הקהילה.