בית הכנסת של עין גדי נבנה בחלקו הראשון במאה השלישית לספירה. הפתח של בית הכנסת היה במקור מצפון ורק מאוחר יותר נפתח מדרום.
השלב השני של בית הכנסת נבנה במאה השישית, נוספו חדרים. התגלה מתקן דמוי במה ודוכן לספר תורה. בקיר המזרחי חקוק מושב המכונה במקורות "קתדרא דמשה".
בית הכנסת והישוב היהודי נחרבו במאה השישית בשריפה. את הרמז למועד השריפה מצאו במטבעות מימי הקיסר שנמצאו במקום.
בשנת 1965 נחשף בית הכנסת העתיק ומאז נערכו מספר חפירות.
בבית הכנסת נמצאת רצפת פסיפס עם כתובות הקדשה בארמית המקללות את זה שיגלה את סוד העיר ("רזה דקרתה"). רוב החוקרים סבורים שהסוד הוא סוד הפקת הבושם מצמח האפרסמון שגודל בעין גדי.
