בניגוד לרוב מבני החאן בארץ, החאן בחדרה לא החל את דרכו כאכסניית דרכים, אלא כבית חווה חקלאית שהוקם בשליש האחרון של המאה ה-19. אורכו עמד על 61.5 מטרים, רוחבו הגיע לכ-40 מטרים, והוא עוצב בצורת חצר פנימית שסביבה היו ערוכים 26 חדרים. המבנה נבנה מאבני כורכר שנלקחו מעתיקות קיסריה. במרכזו של כל חדר הוקמה קשת אשר תמכה בגג, וזה נבנה בתורו מקורותעץארז שנשאו כיסוי צמחי וחיפוי.
עם רכישת אדמות חדרה בשנת 1891 נרכש גם מבנה החאן, ובין השנים 1891–1896 הוא שימש את ראשוני תושבי המושבה כמקום מגורים ולמטרות ציבוריות. לאחר שהמתיישבים עברו להתגורר בבתיהם, המשיך החאן ושימש לצרכים ציבוריים, כדוגמת בית בד, מחסנים, בית מרקחת ובית מלון. בשנת 1912 שוב שימש המקום למגורים זמניים, עת יושבו בו משפחות מקרב עולי תימן, בטרם יושבו בשכונת נחליאל. בין 1925–1948 שכנה במבנה תחנה של משטרת המנדט.
ב-1933 הוחלט על הקמת בית כנסת גדול בעיר במרכזה של חצר החאן, ולפי התוכנית הראשונית, נדון כל מבנה החאן להריסה. לאחר מאבק של תושבים אשר קראו לשמר את הבניין ההיסטורי, פסקו עבודות ההרס, ובניין בית הכנסת שולב בחצר לצד עשרה מחדרי החאן אשר נותרו על תילם, והמשיכו לשמש את המושבה, בין היתר, כבית מדרש וכדירות מגורים לאברכים. בתחרות שפורסמה לקראת הקמת בית הכנסת, זכתה הצעתה של האדריכליתיהודית סגל שטולצר, ולשם מימון הבנייה נאספו תרומות והוטל מס מיוחד על תושבי היישוב. בית הכנסת נבנה בין השנים 1936–1940, והוא נחנך בשנת 1941, שנת היובל לייסוד חדרה. המבנה נבנה כולו מבטון והוא משלב מוטיבים של הסגנון הבינלאומי. בשנת תשי"ג תכנן אדריכל מאיר בן אורי את קיר המזרח, ארון הקדש והבמה, תוך שילוב מוטיבים חדשניים ועיצובים ייחודיים מבחינת האותיות והטקסטים, וכתב דברי הסבר מפורטים ליצירתו.
המוזיאון לתולדות חדרה
בשנת 1979 נוסדה אגודה שתפקידה היה להקים את המוזיאון לתולדות חדרה, והיא קבלה לרשותה את שרידי המבנה. שלושת חדרי האגף המערבי שופצו ותצוגה קטנה נחנכה בהם בשנת 1982. במשך השנים הבאות עד שנת 2000, שופצו שבעת חדרי האגף הצפון-מזרחי וביניהם הותקנו מעברים המאפשרים סיור רציף. בעת החלפת חלק מהגג נחשף קטע מתקרת החאן המקורית, אבני הכורכר שוקמו, והוסרו תוספות שלא השתייכו למבנה המקורי.
המוזיאון
ראשיתו של אוסף המוזיאון בתושבי חדרה שאספו בשנות ה-60 של המאה ה-20 כלים חקלאיים גדולי ממדים מראשית המאה ה-20, והעבירו אותם למתחם החאן ולחצרות פרטיות. בהדרגה התמקד האיסוף גם באובייקטים קטנים ונעשה רב-תחומי באופיו. כיום כולל האוסף יותר מ-10,000 פריטים, והוא מייצג את התמורות הכלכליות, התעסוקתיות והדמוגרפיות שהתחוללו בחדרה מאז ייסודה.
תצוגת הקבע במוזיאון שוכנת בשישה מחדרי האגף הצפון-מזרחי של מבנה החאן, והיא מציגה את הקמת המושבה ואת שנותיה הראשונות, בין היתר בעזרת דגם של המבנה בעת שראשוני המתיישבים התגוררו בו, ואת שנות התפתחותה של חדרה עד לאחר מלחמת העולם הראשונה. בהמשך מוצגים חדר המשפחה באחד מבתי המייסדים בשנות ה-30 של המאה ה-20, וכן רחוב אופייני ודירת משפחה בשנות ה-50. בחצר החאן מוצגים דגם מוקטן של פחוןמעברה אופייני משנות ה-50, נפחיה מהמחצית הראשונה של המאה ה-20, שרידי בית הבד של חדרה שנרכש בלוד ב-1895 וכלים חקלאיים משלושת העשורים הראשונים לקיומו של היישוב. בפינה הדרום-מערבית של המתחם שוכנת מצבה לשלושה מראשוני המתיישבים אשר חלו בקדחת ומתו. הם נקברו ביפו, ועם גירוש תושבי תל אביב ב-1917 הובאו עצמותיהם ונקברו באתר.