Во время Великой Отечественной войны Александровский дворец получил серьезные повреждения в результате артиллерийских и бомбовых ударов, однако отделка многих залов сохранилась без катастрофических разрушений. Тем не менее, после войны музей в Александровском дворце восстановлен не был. Александровский дворец распоряжением СНК СССР от 13 марта 1946 г. был передан в ведение Академии наук СССР для устройства в нем Всесоюзного музея литературы и Музея А.С. Пушкина, а в 1951 г. – военному ведомству. Послевоенная реставрация Александровского дворца выполнялась организациями Академии наук СССР «Ленакадемстой» и «Ленакадемпроект» для входившего тогда в состав Института Русской литературы Пушкинского дома. Эскизные проекты восстановления интерьеров ряда помещений выполнены в 1947 г. институтом «Ленакадемстройпроект» (ведущий архитектор Л.М. Безверхий, гл инженер проекта А.Р. Соломонов). В процессе «реставрации» отделка интерьеров западного флигеля архитекторов Горностаева, А.И. Штакеншнейдера, А.Ф. Видова была заменена на новую, частично повторяющую отделки В.П. Стасова, частично – имитирующую его стиль, считавшийся в середине ХХ века образцом. В восточном флигеле интерьеры личных комнат императора и Александры Федоровны, выполненные по проекту арх. Ф. Мельцера в стиле модерн, и вовсе были разрушены. Частично сохранились отделки парадного кабинета и приемной императора.

В 1950-е годы дворец был приспособлен для нужд Министерства обороны. Здание было начинено железо-бетонными каналами для коммуникаций, часть полов первого и подвального этажей была забетонирована, в подвальном этаже была устроена угольная котельная. Недопустимой была эксплуатация дворца: за 68 лет ни разу капитально не ремонтировались фасады, кровля и инженерные коммуникации. Выезжая из дворца, военморы напоследок испортили исторические мраморные лестницы, спуская по ним без специальных средств тяжелые сейфы и секретное оборудование. Музей получил здание в состоянии полной разрухи.

22 октября 2009 г. дворец был передан в ведение Государственного музея-заповедника «Царское Село», а уже в июне 2010 г., в дни празднования 300-летнего юбилея Царского Села, торжественно открыты три зала его Парадной анфилады: Полукруглый, Портретный и Бильярдный.

В 2011 г. ООО «Студия 44» под руководством архитектора Н.И. Явейна разработан, согласован Советом по сохранению культурного наследия при губернаторе Санкт-Петербурга, КГИОП и «Главгосэкспертизой» проект реконструкции, реставрации, технического переоснащения и приспособления Александровского дворца для музейного использования. В 2012 году проект был удостоен бронзового диплома Международного архитектурного фестиваля «Зодчество 2012».

В соответствии с проектом Александровский дворец приспосабливается для размещения многофункционального музейного комплекса, где предусмотрены: залы экспозиции, залы временных выставок, залы для научно-исследовательской работы и проведения конференций; детский центр, таможенная зона, коммерческая зона; помещения эксплуатации здания.

Реализация проекта осуществляется с 2011 года.

По результатам дополнительных обследований в 2018 году была проведена корректировка проекта, заново прошедшего историко-культурную и государственную экспертизы, предусмотрен поэтапный ввод здания в эксплуатацию (в 2 очереди).

К настоящему времени выполнены:

Углубление подвала, усиление и гидроизоляция фундаментов:

• усиление оснований и фундаментов наружных и внутренних несущих стен;
• гидроизоляция фундаментов и несущих стен подвалов;
• подведение новых ж/б фундаментов в основание колонн в/о «7-24»;
• выполнение боковых стенок кессона из металлоизоляции в подвале;
• санирующая штукатурка стен подвала;
• углубление подвалов до отметки -3,440;
• устройство проходных каналов для инженерных коммуникаций;
• устройство монолитной железобетонной плиты с заведением приливов на стены;
• горизонтальное бурение для прохода инженерных коммуникаций.
• усиление столбов и простенков обоймами;
• заделка всех больших отверстий и проёмов в сводах;
• инъектирование трещин в кирпичной кладке сводов;
• вычинка и реставрация кирпичной кладки стен и сводов;

В уровне подвального/цокольного этажа размещаются:

• помещения входной группы – кассовые вестибюли с кассами; информационные зоны; выставка, посвященная архитектору С.А. Данини с лестницей и входной зоной в подземный переход; зоны контроля; гардероб; пункты проката; санузлы для посетителей; экскурсионное бюро и т.д.;
• два кафе - для посетителей и для персонала;
• музейный магазин;
• группа помещений инженерно-технических и вспомогательных служб;
• группа помещений службы охраны и безопасности;
• группа технических и складских помещений.

Инженерные системы и оборудование:

• усиление кирпичных конструкций стен и перемычек;
• перепланировка с восстановлением исторических объемов помещений;
• замена всех деревянных конструкций, находящихся в аварийном состоянии;
• пробивка отверстий для прохождения новых инженерных коммуникаций;
• реконструкция перекрытий;
• реконструкция кровли и стропильной системы;
• воссоздание оконных и дверных заполнений;
• устройство новых лестниц и лифтов;
• реконструкция дренажной системы;
• реконструкция систем отопления и вентиляции с устройством новых тепловых пунктов;
• прокладка сетей водоснабжения и канализации с устройством санитарных узлов с устройством новых узлов учета;
• прокладка сетей электроосвещения, установка электрооборудования, реконструкция электрощитовых;
• устройство систем охранной и пожарной сигнализации, видеонаблюдения, систем доступа, пожаротушения и т.п.
• устройство слаботочных систем: телефон, радио, телевидение.
• отделочные работы.
• прокладка наружных инженерных сетей;
• реконструкция трансформаторной подстанции;

В объеме чердака размещены технические помещения (венткамеры) и разводка инженерных коммуникаций (магистральные трубопроводы систем отопления, теплоснабжения и водоснабжения, транзитные участки воздуховодов, электрические и слаботочные сети).

Реставрация интерьеров помещений 1-го этажа в восточном флигеле центральной части здания (залы постоянной экспозиции):

• воссоздание исторического оформления помещений восточного крыла здания: Приёмной, Рабочего кабинета, Мавританской, Камердинерской и Парадного кабинета (половина императора Николая II); Свитской, Спальни, Сиреневого кабинета, Палисандровой и Кленовой гостиных (половина императрицы Александры Фёдоровны).
• реставрация сохранивших историческое декоративное убранство интерьеров Угловой гостиной и 2-х Библиотек.

Работы осуществляются подрядной организацией ООО «Проектно-строительное бюро «ЖилСтрой».

В августе 2021 года состоялся ввод в эксплуатацию I очереди, а также торжественное открытие экспозиции, охватывающей 13 интерьеров.

В настоящее время на объекте продолжаются работы II очереди, предусматривающие следующие мероприятия:

• реставрация интерьеров, сохранивших историческое декоративное убранство для размещения постоянной экспозиции (в центральном корпусе),
• размещение детского центра (на 2-м этаже восточного флигеля), 
• размещение научно-методического центра (на 1-м этаже западного флигеля), 
• размещение группы помещений администрации, научно-методических отделов, комнаты переговоров, вспомогательных и подсобных помещений (на 2-м этаже западного флигеля),
• устройство залов временной экспозиции, зала лектория на 100 мест, библиотеки на 15-20 тысяч единиц хранения с читальным залом на 12-15 мест и библиотечными фондами открытого и закрытого доступа, медицинского пункта (в западной части центрального корпуса).

В здании будут задействованы все внутренние лестницы и лестничные клетки различных типов, в том числе эвакуационные. Предусмотрены новые лестницы, лифты и подъемники.

С 2010 года работы финансируются из федерального бюджета. С 2016 года, в связи с недостаточным объемом федерального финансирования музей-заповедник дополнительно вкладывает средства, которые заработал сам. 

При поддержке Благотворительного фонда «Транссоюз» за счет средств пожертвования осуществляется реставрация интерьера Зала с горкой.

Ориентировочный срок завершения работ II очереди и ввод объекта в эксплуатацию планируются не ранее 2026 года.