В сентябре 2010 года по итогам конкурса разработчиком концепции обновлённого музея выбрали британскую компанию Event Communications. Работу над концепцией и общественное обсуждение завершили в 2011 году, после чего объявили архитектурный конкурс на проект реконструкции музея.
В 2012 году в конкурсе на проект реконструкции исторического здания выиграла международная инженерно-проектная компания ARUP в консорциуме с японскими архитекторами Джуньей Ишигами и Наоко Кавамурой. Джунья Ишигами — обладатель «Золотого льва» Венецианской архитектурной биеннале.
В июле 2011 года началась сверка и упаковка фондов Политехнической библиотеки, а в январе 2012 года её закрыли для посетителей.
Весной 2012 года началась сверка и упаковка предметов коллекции музея.
9 января 2013 года Политехнический музей остановил работу постоянной экспозиции в связи с грядущей реконструкцией и переездом музея.
На время работ музей разместился на трёх площадках: временная экспозиция в павильоне «Транспорт» на ВДНХ, образовательные программы в Культурном центре ЗИЛ, а основная часть экспонатов переехала на территорию бывшего завода АЗЛК, в технополис «Москва» (станция метро «Текстильщики»).
Перемещение коллекции музея в технополис «Москва» заняло три месяца, с августа по ноябрь 2013 года.
Реконструкция исторического здания Политехнического музея началась в январе 2014 года.
В январе 2014 года на площадке технополиса «Москва» для посетителей открылась Политехническая библиотека, осенью того же года заработала Открытая коллекция.
С историей собрания Политехнического музея можно ознакомиться здесь: