En avril 2009, la municipalité a voté à l’unanimité le projet de rénovation et d’extension du musée. En décembre 2010, le Conseil Municipal a voté la première tranche des travaux d'extension et rénovation du musée. En décembre 2012 le Conseil Municipal vote l'ensemble du projet de rénovation et d'extension. Les travaux prévus initialement en deux phases seront réalisés en une seule, en continu. L'extension sera livrée en 2016 et le Palais rénové à la suite. La réouverture de l'ensemble est prévue en 2018
Pendant cette période seule la chapelle de l'Oratoire reste ouverte pour des expositions temporaires. En effet, inauguré en avril 1900, le « Palais des Arts » ne peut aujourd’hui répondre complètement aux normes contemporaines de conservation et ne peut plus présenter l’ensemble des collections acquises par la Ville. C’est l’équipe anglaise Stanton-Williams qui a remporté le concours d’architecture en proposant une extension sur l’emplacement situé à l’arrière du bâtiment actuel. Le projet répond en tous points au programme établi en 2008 qui soulignait la nécessité de créer des espaces de médiation (ateliers pour accueillir les scolaires, auditorium), d’offrir de nouveaux espaces pour la présentation des collections contemporaines, de mettre à disposition du public l’importante documentation et bibliothèque et enfin de mettre aux normes les anciens espaces réservés aux collections permanentes. Soucieux de ne pas créer un hiatus entre le bâtiment ancien et la nouvelle construction, les architectes se sont efforcés de travailler avec soin la présence de la lumière naturelle afin de proposer des espaces dans lesquels le visiteur pourrait retrouver ce qui caractérise l’actuel musée : la qualité de l’éclairage zénithal du aux verrières qui couvrent l’ensemble du premier étage. Site internet des Architectes. Pour en savoir plus, consulter le dossier de presse Projet du musée (PDF, 635 Ko).
Qu'est ce qu'un musée d'art pour le XXIe siècle ? Le musée des Beaux-Arts a organisé une journée d'étude sur ce thème. Des directeurs de musées, commissaires d'expositions ont témoigné sur leurs expériences et perspectives d'avenir pour les musées d'art et ainsi enrichi le débat au centre du projet nantais. (Communications téléchargeables ci-dessous)
Blandine Chavanne, musée des Beaux-Arts de Nantes Pantxica de Paepe, musée Unterlinden, Colmar Bernard Fibicher, musée des Beaux-Arts de Lausanne Laurent Le Bon, centre Pompidou, Metz Patrick Richard, agence Stanton Williams chargée du projet de Nantes James Putnam, commissaire d'expositions Laurent Salomé, musée des Beaux-Arts de Rouen Thierry Raspail, musée d'art contemporain, Lyon Fabrice Hyber, artiste