Los atacantes murieron en un tiroteo con las fuerzas de seguridad.
Además, dejaron ocho heridos, cuatro de ellos de gravedad.
El primer ministro de Israel, Benjamin Netanyahu, responsabilizó al líder palestino Mahmoud Abbas de "incitar" el ataque.
Dos hombres armados con una pistola, hachas y cuchillos atacaron este martes una sinagoga en el barrio ortodoxo de Har Nof, en Jerusalén, mientras se llevaban a cabo rezos.
Los atacantes mataron a cuatro personas y dejaron ocho heridos.
La policía israelí informó que los atacantes, que dijo que eran palestinos de Jerusalén Oriental, murieron -según reportes aparecidos en medios israelíes- en un tiroteo con las fuerzas de seguridad.
El portavoz de la policía de Israel, Micky Rosenfeld, le dijo a la BBC que fueron abatidos en la entrada del edificio y que eran los únicos dos.
Rosenfeld informó que el area fue aislada y que los heridos, seis fieles y dos policías, fueron llevados a hospitales de la ciudad.
Cuatro están graves.
"Mano firme"
El primer ministro de Israel, Benjamin Netanyahu, responsabilizó al líder palestino Mahmoud Abbas de "incitar" el ataque.
A través de un comunicado, Netanyahu también dijo que su país "responderá con mano firme" al atentado.
Poco después del conocerse las palabras de Netanyahu, Mahmoud Abbas condenó el ataque.
"La Presidencia (palestina) condena el ataque contra fieles judíos en su lugar de oración y condena la muerte de civiles sin importar quién la lleve a cabo", dijo en un comunicado.
Israel y la Autoridad Palestina, que encabeza Abbas, se han acusado mutuamente de ser responsables de la creciente tensión que se vive en Jerusalén.
El grupo palestino Hamas, que controla la Franja de Gaza, elogió el ataque.
Las tensiones en Jerusalén han llevado a un incremento de ataques de este tipo.
Seis israelíes han muerto en atentados similares en semanas recientes.
