Kaip vertingosios sinagogos savybės Kultūros vertybių registre yra įvardintos Vilniaus Didžiosios sinagogos konstrukcijos, patalpų architektūrinės detalės; buvusių komplekso dalių liekanos ar jų vietos: pirties su ritualiniais baseinais (mikvomis) liekanos, Žydų gatvės trasos vieta bei kultūrinis sluoksnis.
Pirmąją medinę sinagogą Vilniaus žydai netoli Vokiečių gatvės, kunigaikščiui Sluckiui priklausiusiame sklype, pradėjo statyti 1573 metais, kai Varšuvos konfederacija užtikrino kitatikiams lygias teises su katalikais, o bajorams leido savo žemėje statyti bet kurios konfesijos šventyklas. Per miestiečių įvykdytus pogromus sinagoga buvo apgriauta, po to vėl atstatyta. 1633 metais Lenkijos karalius ir Lietuvos Didysis kunigaikštis Vladislovas IV Vaza suteikė privilegiją getui kurti. Getui paskirtas tankiai žydų apgyvendintas kvartalas tarp Žydų, Skerdyklos ir Šv. Mykolo gatvių, kuriame stovėjo sinagoga. Privilegija taip pat leista šioje vietoje pastatyti naują mūrinę sinagogą. Sinagogos išorė privalėjo skirtis nuo katalikų ir stačiatikių sakralinių pastatų, ji negalėjo būti aukštesnė už aplinkinius namus.
Tiksli Vilniaus Didžiosios sinagogos statybos data nežinoma, tačiau mūrinės sinagogos statybos laikas sietinas su Vladislovo Vazos privilegija. Naujai pastatyta sinagoga buvo ne tik didžiausia, bet ir viena iš gražiausių ir turtingiausių to meto Abiejų Tautų respublikoje.
Priešais sinagogą XVIII amžiuje buvo pastatytas Gaono namas, kuris vėliau už bendruomenės lėšas buvo perstatytas į Gaono sinagogą. Po 1794 m. sukilimo Vilniaus Didžioji sinagoga buvo rekonstruota klasicizmo stiliumi.
Vilniaus Didžioji sinagoga ir prie jos buvę pastatai Antrojo pasaulinio karo metu apgriauti. 1953 metais buvo patvirtintas Vilniaus generalinis planas, remiantis jo bei 1954 metų parengto Muziejaus (dabar Vokiečių) gatvės sutvarkymo projekto sprendiniais, 1955–1957 metais Vilniaus Didžiosios sinagogos ir aplinkinių pastatų liekanos buvo galutinai sulygintos su žeme. Vilniaus Didžiosios sinagogos vietoje 1964 metais baigtas statyti mūrinis vaikų lopšelis – darželis. Pastaruoju metu, iki šių metų rugsėjo 1 dienos pastate buvo įsikūrusi Vytės Nemunėlio pradinė mokykla, kuri išsikėlė jai suteikus naujas patalpas.
