בית הכנסת מעלות גובל גב אל גב במשכן נשיאי ישראל; הבניין נועד לשטח טרשי שצמוד לתיאטרון ישראל. הכוונה התכנונית הראשונה הייתה של מבנה דמוי סלע גדול על המגרש, צוק ללא פתחים, מחופה בנדבכי אבן ורטיקלים כדי להבליט את העובדה שזהו אינו בניין קונבנציונאלי. לבסוף דרש המזמין לקרוע חלונות לכוון מזרח ומראה המונוליט נפגע.

תוכנית הבניין הינה משושה, כשבמרכזו כיפה פירמידלית  הנשענת על שישה עמודים. הכיפה משובצת בלבני זכוכית גליליות המסננות אור מיסטי אל תוך החלל. יתר התקרה, בחלקה האטום לשמיים, רצופה במנורות גיליות אף הן, הממשיכות כביכול את האור הנובע מהכיפה המרכזית.

תקרה שטוחה ומשופעת קלות מתפרשת מן הכיפה המרכזית סביב עד לקירות הפריפריים של האולם.

בכיוון מזרח (לכיוון בית הנשיא) לכל גובה המבנה ממוקם ההיכל שתוכנן בידי המעצב ג'ורג' גולדשטיין. עזרת הנשים מקיפה בקומה נוספת את בית הכנסת מצד מערב ומצד צפון ודרום. בכיוון מזרח ששה חלונות (שלושה מכל צד של ההיכל) הצופים אל  היכל נשיאי ישראל.

המבנה מתרחב לכיוון מערב תוך יצירת אולם כניסה (מבואה) לבית הכנסת, וממנו גם הגישה לעזרת הנשים.

אל עזרת ישראל ואל עזרת הנשים בקומה שנייה קיימת גישה ישירה במהלך מתפתל מן הגינה הסמוכה, ללא צורך בעליה במדרגות הבניין ומנותק מן הדרך בגרם מדרגות רחב, המותיר את מבנה בית הכנסת נישא מסביבתו.

לפי תוכנית תכנון העיר, גם הבניין הסמוך לבית הכנסת, לשכת עורכי הדין, היה אמור להיות מתוכנן בידי קאסוטו כך שהלשכה וקומת הקרקע של בית הכנסת (הכוללים ספריה, חדרי לימוד ומקלט) ישמשו כמעין מסד להיכל התפילה. תוכנית זאת לא יצאה אל הפועל.