Jezus na teren swojej działalności, czyli głoszenia Ewangelii, obrał okolice Jeziora Galilejskiego, a Kafarnaum było „bazą wypadową”. Gdy w XIX wieku odnaleziono i zidentyfikowano ruiny Tell Hum nad brzegiem jeziora jako Kafarnaum, od razu wśród pozostałości zwrócono uwagę na mury, kamienie i elementy architektoniczne z białego wapienia. Te pozostałości wyraźnie wyróżniały się spośród okolicznych ruin. Był to wynik zastosowania odmiennego materiału budowlanego. Duże, dobrze ociosane bloki kamienne ze starannie dobranego wapienia mocno kontrastują ze skromnymi domkami z czarnego bazaltu, które archeolodzy wydobyli na światło dzienne.
Już amerykański podróżnik Edward Robinson w roku 1852 (w czasie swej drugiej podróży) wysunął przypuszczenie, że te solidnie wykonane mury z białego wapienia są pozostałością synagogi. Ta hipoteza potwierdziła się w trakcie wszystkich następnych prac badawczych.
Oczywiście pierwsze skojarzenie tych pozostałości wiąże się z synagogą wymienioną w Ewangeliach. Czy jest to synagoga wybudowana przez rzymskiego centuriona (Łk 7,5), w której Jezus niejednokrotnie nauczał i czynił cuda (np. Mk 1,21-28), a przede wszystkim wygłosił mowę eucharystyczną (J 6,22-71; szczególnie 6,59)? To skojarzenie było weryfikowane w trakcie badań archeologicznych.
Synagoga znajduje się w centrum miejscowości; wyróżnia się niezwykle bogato rzeźbionymi elementami architektonicznymi: szerokie gzymsy, masywne nadproża, kapitele korynckie, precyzyjnie wykończone pilastry, zdobione nisze. Po wielu kampaniach archeologicznych, badaniach i studiach budowla została w pewnym stopniu zrekonstruowana; to daje wyobrażenie, jak mogła wyglądać pierwotnie.
Cały kompleks ma wymiary 24,40 na 18,65 metrów. Na całość składają się cztery elementy: główna sala modlitewna (o wymiarach 14 na 11 metrów) [A]; od strony wschodniej do sali przylega trapezoidalny dziedziniec (atrium) [B]; na południu portyk, czyli wejście z okazałą rzymską fasadą i ze stopniami od wschodu i zachodu [C]; oraz pomocnicze pomieszczenie na północnym zachodzie [D].
Główna sala modlitewna, zbudowana na planie prostokąta, była podzielona na trzy nawy przez dwa rzędy kolumn. Dodatkowo jeden rząd kolumn biegnie wzdłuż ściany północnej. Układ kolumn musiał być architektonicznie przemyślany, ponieważ wymagał dodatkowego fundamentu zwanego stylobatem. Kolumny stały bezpośrednio na nim. W Kafarnaum stylobat jest w kształcie litery „U”. Stylobat oddziela przestrzenną centralną nawę od bocznych naw. Wzdłuż naw bocznych wschodniej i zachodniej umieszczono kamienne, dwustopniowe ławy.
Punktem centralnym nawy głównej, czyli sali modlitewnej, była ściana południowa, zwrócona w kierunku Jerozolimy. Wewnętrzne ściany były pokryte malowanym tynkiem i sztukaterią, których resztki znaleziono podczas wykopalisk.
Do otwartego portyku z bramami wejściowymi prowadzą wspomniane dwa rzędy schodów. Inne stopnie wiodą na teren dziedzińca od strony północno-wschodniej.
Pierwotnie przypuszczano, że istniało piętro z babińcem dla kobiet połączone schodami z małą salą. Późniejsze wykopaliska nie potwierdziły tej tezy.
Bardzo charakterystyczne są dekoracyjne elementy architektoniczne, reliefy, z których wiele ma związek z judaizmem: menora, szofar i tak zwana gwiazda Dawida. Dyskusję budzi wóz przedstawiony na reliefie gzymsu. Przypuszczano, że płaskorzeźba obrazuje arkę przymierza, jednak nigdzie w Biblii arka nie jest opisana z kołami.
Od wschodniej strony, w kierunkach północ–południe, przebiega ulica z szeregiem domów. Nadało to dziedzińcowi trapezoidalny kształt.