Le projet de rénovation et d'agrandissement  du musée lancé par la ville de Marseille a porté et dirigé par le bureau d'architecture Roland Carta Associés sur la restructuration des espaces sur une surface de 6 300 m², dont 3 380 m² d'exposition permanente. Le site archéologique est en soit un objet exceptionnel, placé au cÅ“ur du dispositif muséal et muséographique, pris en charge par le Studio Adeline Rispal. L'organisation des plans par strates obéit à la chronologie des séquences, à la fluidité des parcours, au plaisir des déambulations autour du port antique.
Les salles d'exposition permanente ont été implantées en contact direct avec le site archéologique sur trois niveaux. Au rez-de-jardin, à l'est du site, les vastes espaces d'exposition d'origine, étendus sur les anciens espaces d'accueil, sont consacrés à la période antique et les niveaux un et l'entresol de l'extension au nord, visités de haut en bas, respectivement consacrés aux périodes moderne et contemporaine. Le parcours s'achève sur une salle ouverte  sur l'avenir de Marseille et qui surplombe les collections spectaculaires du parcours également visibles depuis le haut et la galerie : l'épave romaine de la Bourse (vingt mètres de long) extraite de la corne du port antique et la nécropole paléochrétienne de Malaval dont le cÅ“ur a été reconstitué à partir des sarcophages originaux.

Marseille, ville portuaire
Les alignements de poteaux espacés d'une dizaine de mètres et orientés perpendiculairement au site appelaient l'implantation des espaces d'exposition permanente à son contact à la manière d'un arsenal dans lequel les épaves des navires grecs et romains, fleurons de la collection du musée, trouvèrent naturellement leur place. en effet, la plus grande flottille de vaisseaux antiques au monde, entièrement restaurée, est présentée au public pour la première fois. La faible hauteur des espaces imposait des stratégies particulières pour exprimer la verticalité – sa dimension métaphysique – de l'histoire de la ville. de grandes vitrines sont installées sur toute la hauteur des espaces, elles mettent en scène la structure et renforcent le lien avec le jardin archéologique.
Par leur rythme, elles font référence aux proues des navires alignés à quai. par leurs dimensions généreuses, elles autorisent toutes sortes de mises en scène muséographiques et garantissent flexibilité et sécurité des collections dans le temps. L'espace est ainsi séquencé en quatorze périodes chronologiques (en blanc) ou diachroniques (les espaces d'interprétation en gris clair) sans être cloisonné car les vitrines double-face sont poreuses au regard qui peut ainsi embrasser les nombreuses strates historiques et culturelles de la ville.
Les mobiliers muséographiques, dans et hors vitrines, sont constitués d'éléments modulables empilés à la manière de marchandises sur le port, de « ballots ». ces éléments adaptés à l'échelle humaine font pénétrer la vie portuaire dans  le musée. Écrans multimédias, tactiles, interactifs, parcours des enfants, lieux de repos pour contempler, regarder les films projetés, expérimenter, rêver… Ces mobiliers permettent de s'adapter aux besoins des visiteurs dans le temps. Un parcours enfants composé de petits « ballots » vert d'eau ponctue chaque séquence. Essence portuaire et spiritualité, vie politique et sociale, vie intellectuelle et artistique, temporalités diverses, celle de la mer et celle de la terre, le musée exprime toutes les facettes de la vie marseillaise.

La signalétique directionnelle et muséographique
La signalétique est un système graphique non figé permettant d'accompagner le propos et les œuvres du musée dans la pérennité, en opposition avec la versatilité des signes environnants du centre commercial. une construction visuelle qui repose sur la dualité de l'horizontal et du vertical révélée par les partis pris architecturaux et muséographiques. Un élément invariable – la ligne d'horizon – est démultiplié pour créer une composition généraliste dans laquelle se glisse l'information, ensuite recadrée pour délimiter le message. La signalétique muséographique s'inscrit en rouge vif sur ces mobiliers et dans un journal de visite offert aux visiteurs.

Le numérique dans le musée
Un vaste programme multimédia a été entrepris : une centaine d'écrans diffusent documentaires, témoignages de scientifiques, jeux interactifs, fouilles d'épave sous-marine en relief, et autres reconstitution 3d, pour rendre accessible à tous la complexité de cette histoire. Dès l'entrée, un pan de mur s'ouvre en extra haute définition (4K) sur l'évolution du paysage et du littoral d'avant Marseille, lorsque la grotte Cosquer était encore hors d'eau. Des écrans de réalité augmentée, sortes de fenêtres à remonter le temps, permettent par exemple de comprendre le site archéologique depuis les façades, ou de reconstituer la globalité du site de Malaval à partir des éléments présentés dans le musée.
Les diffusions multimédias sont écoutées au moyen d'un système d'écoute mobile (SEM). Cela évite les nuisances sonores et habille l'espace avec un design sonore discret qui évolue le long du parcours de l'antiquité jusqu'à nos jours. Les casques sont de type « ouvert » pour ne pas isoler les visiteurs, et leur permettre d'écouter tout en communicant avec leur groupe ou leur famille.

Maîtrise d'ouvrage :  Ville de Marseille
Maîtres d'œuvres : Roland Carta associés (mandataire), Studio Adeline Rispal (muséographie), Artelia (bureau d'études pluridisciplinaire, Stéphane Baumeige (architecte du patrimoine), Atelier Rouch (acoustique)
Entreprises :  Léon Grosse (mandataire)
Surface SHON : 6 300 m² (totale),  3 380 m² (surface de l'exposition permanente)
Cout : 19,8 M € H.T.
Date de livraison : juillet 2013