В годы Великой Отечественной войны здание получило многочисленные повреждения, были утрачены витражи и часы-куранты. К началу 2000-х годов памятник находился в аварийном состоянии, кирпичная кладка стен имела глубокие трещины, своды террасы и перекрытия башни находились в неудовлетворительном состоянии, кровельное покрытие коррозировано, столярные заполнения утрачены, интерьер капеллы разрушен. Здание не было оборудовано никакими инженерными сетями.
В 2011 году ООО «Архитектурная мастерская А.С. Кавтеладзе» было выполнено комплексное обследование здания и разработана проектно-сметная документация по реставрации и приспособлению павильона под музейное использование. В 2014 году проведена историко-культурная экспертиза проекта.
Проектом предусмотрено максимальное сохранение существующих строительных конструкций и архитектурных элементов, а также сохранен исторический руинированный облик здания с восполнением утрат путем докомпановок и воссоздания по образцам сохранившихся деталей.
В течение 2016-2018 годов подрядной организацией ООО «Лапин Энтерпрайз» выполнены следующие работы:
- подготовительные работы, включая изготовление и установку неинвентарных лесов,
- устройство временной кровли,
- реставрация кирпичной кладки и архитектурных элементов из кирпича.
- ремонт и усиление конструктивных элементов здания
- ремонтно-реставрационные работы по шатру башни, на фасадах, во всех помещениях павильона, а также в руинной части здания
- замена кровли на медную
- оснащение здания системами инженерно-технического обеспечения
- реставрация интерьеров
- консервация и реставрация подлинных оконных заполнений
- в рамках приспособления здания для музейного использования, на втором этаже башни (в капелле) предусмотрено размещение сезонной экспозиции, а первый этаж отведен под служебные помещения.
В интерьере произведена реставрация лепного готического свода и консервация живописного декора (изображение ложных готических окон и обивки стен тканью), при его расчистке реставраторы обнаружили подлинный колер, после чего было принято решение затонировать места значительных утрат в исторический цвет.
Реставрацию живописного убранства выполнила компания ООО «Петербургская реставрационная компания».
Крышу павильона изначально украшал флюгер в форме петушка, выполненный из меди. На флюгере были следы от пуль времен Великой Отечественной войны, а хвост полностью утрачен. На кровле установили копию петушка, в основание которого, перед установкой на крышу, в июле 2018 года сотрудники музея заложили капсулу с посланием потомкам.
Взамен статуи Спасителя, находящейся теперь в собрании Эрмитажа, в Шапели установлена скульптура великой княгини Александры Николаевны (Адини), дочери императора Николая I, работы Ивана Витали. Скульптура происходит из утраченной Малой Шапели, которая находилась на берегу Ламского пруда; последние десятилетия она хранилась в фондах музея.
Реставрация скульптуры осуществлена ООО «Реставратор».
Финансирование осуществлялось за счёт средств федерального бюджета и внебюджетных средств ГМЗ «Царское Село».
