מוזיאון מגדל דוד בירושלים נמצא בעיצומו של פרויקט ההתחדשות הגדול והמקיף בארץ, בעלות של 40 מיליון דולר בתמיכתה המרכזית של קרן קלור לישראל,  ובשותפות עיריית ירושלים, משרד ירושלים ומורשת ומשרד התיירות. הפרויקט עתיד להסתיים בשנת 2022.

במסגרת פרויקט ההתחדשות והשימור של מוזיאון מגדל דוד, תחודש ותשומר המצודה ההיסטורית והפארק הארכיאולוגי תוך הכפלת שטח המוזיאון הנוכחי לכדי 20 אלף מ"ר. בנוסף למרכז מבקרים חדש בכניסה למוזיאון, חידוש התשתיות, הקמת תצוגת קבע חדשה, 7 גלריות חדשות, חללי תצוגה נוספים, בית קפה, שירותים ציבוריים ושתי מעליות להנגשת המצודה העתיקה לקהל.  

בנוסף, תחודש רחבת התותחים העות'מאנית הקרויה 'גן דוד', ממערב למצודה,  אשר תעוצב מחדש ככיכר הכניסה החדשה למוזיאון ולטיילת החומות ותכלול מבנה זכוכית ובו קופת כרטיסים, בית קפה ושירותי קהל נוספים.  מסלול הביקור במצודה יתחיל לפיכך ממערב ויסתיים בתצפית ממגדל פצאל ויציאה אל העיר העתיקה דרך שער הכניסה המקורי למצודה ממזרח.

במהלך השנתיים הקרובות מוזיאון מגדל דוד יישאר פתוח לקהל הרחב (בהתאם להנחיות משרד הבריאות) עם תערוכות משתנות, סיורי היסטוריה, וארכיאולוגיה ירושלמית מודרכים, כמו גם פעילויות תרבותיות.

אילת ליבר, מנהלת כללית מוזיאון מגדל דוד אמרה כי "מרגש במיוחד לקחת חלק בתהליך זה דווקא כעת, בעיצומו של המשבר העולמי שאנו חווים, שכן שזאת הזדמנות יוצאת דופן לשימור פיסי של החומות והמגדלים, לפיתוח תכנים תוך חשיבה פתוחה ויצירתית, ולמציאת פתרונות טכנולוגיים חדשניים עבור מבקרי המוזיאון והעיר ירושלים בעתיד".

ראש עיריית ירושלים, משה ליאון, הוסיף כי: "מגדל דוד הניצב בשער יפו מהווה חוליית החיבור בין העיר העתיקה של ירושלים ובין העיר החדשה, והתחדשותו תשפיע לטובה על המרחב העירוני כולו לטובת אוהבי ירושלים ומבקריה מן הארץ והעולם."