Entre janvier 2001 et juin 2005, le Petit Palais a été fermé pour rénovation. La maîtrise d'œuvre des travaux a été assurée par l’Atelier d'architecture Chaix & Morel et associés.
Le Petit Palais a rouvert ses portes au grand public le 10 décembre 2005 en exposant trois photographes ayant suivi les travaux : La photographe Flore, Patrick Tourneboeuf et Bruno Delamain.
Des espaces d'exposition supplémentaires sont créés au rez-de-chaussée (22 000 m2 au total), les réserves étant déménagées au sous-sol. La collection permanente est exposée à gauche en entrant, les expositions temporaires à droite.
Coupole de l'entrée | ![]() Galerie des arts décoratifs | ![]() Galerie des expositions temporaires | ![]() |
Entre les deux, au fond du jardin, un café permet de se rafraîchir. Les fenêtres des espaces d'exposition et les verrières des collections permanentes sont restaurées pour l'éclairage naturel. Les bureaux sont situés au-dessus des expositions temporaires. Un amphithéâtre est créé au rez-de-chaussée sous le jardin.