Historia powstania synagogi w Chmielniku nie jest do końca poznana. Dawniej sądzono, że wzniesiono ją po 1630 r., kiedy ówczesny właściciel miasteczka Krzysztof Gołuchowski wydał dokument, zezwalający Żydom na osiedlenie się w Chmielniku i nadający im szerokie uprawnienia, w tym prawo założenia bóżnicy. Dokument sporządzony w 1748 r., mówi jednak o istniejącej synagodze drewnianej. Chronologia przesuwa więc datę budowy murowanej bóżnicy na okres po 1748 r. Na przełomie XIX i XX w. do ściany północnej dostawiono dwie przybudówki, w których w pewnym okresie mieściła się szkoła żydowska (cheder), wykonano też nowe polichromie wnętrza głównej sali modlitw. W 1942 r. Niemcy zniszczyli wyposażenie bóżnicy, salę modlitw podzielili na dwie kondygnacje, z górną wspartą na drewnianych słupach, rozebrali też balustradę empory zachodniej, w budynku urządzono magazyn zbożowy. W latach 2011-1013 wykonano kompleksowe prace konserwacyjne i remontowe samego obiektu i jego otoczenia. Obecnie w synagodze mieści się Ośrodek Edukacyjno-Muzealny „Świętokrzyski Sztetl”, a w Sali modlitw zaaranżowana została stała wystawa poświęcona historii chmielnickiej gminy żydowskiej.