En el otoño de 2003, se emprendió la mayor obra que el antiguo dominio real ha conocido desde la época de Luis-Felipe. Los trabajos se prolongaron durante 17 años y costaron 350 millones de euros.
El esquema de actuación se articula en torno a 4 grandes ejes:
1 - Recuperar el Versalles histórico devolviéndole al palacio todo su esplendor con el remate de la restauración de la gran fachada orientada a los jardines, del Patio de Mármol y del Patio Real, y continuando con la restauración de los Jardines iniciada en 1990, y acelerada tras el temporal de diciembre de 1999. La transfiguración más espectacular sigue siendo la reinstalación de la Verja Real (desmontada en 1793 y fundida para recuperar el cobre) entre los Pabellones Dufour y Gabriel, y la restauración del adoquinado del Patio Real, que se ha devuelto a su nivel original.
2 - Proteger el patrimonio mejorando los dispositivos de seguridad de los públicos y de los edificios, renovando los equipamientos técnicos y reforzando la protección del palacio contra los riesgos de intrusión y de vandalismo.
3 - Valorizar el patrimonio a través de la creación, realizada a partir de abril de 2004, de un Centro de Investigación "Imágenes y civilización de Corte", y de la reorganización y modernización de las reservas y talleres museográficos.
4 - Mejorar la acogida del público liberando espacios mediante la agrupación en el Gran Común de los servicios administrativos y científicos que actualmente ocupan el Pabellón Dufour, y el traslado de los espacios de la Asamblea Nacional y del Senado. De este modo, la acogida del público podrá reorganizarse y mejorarse para simplificar las modalidades de acceso al Palacio, ampliar la oferta de visita libre y ofrecer a los visitantes claves de comprensión complementarias. Los trabajos de renovación de los equipamientos técnicos de la ópera Real y la realización de un subterráneo que permita comunicar el Gran Común con el Palacio se llevaron a cabo a partir de 2006.