1996-1997 : André Viard, ancien président du Musée du chemin de fer, et Marie-Laure Griffaton, conservatrice, sont à l'initiative d'un grand projet de modernisation et d'agrandissement pour ce musée qui n'a pas connu de travaux depuis 1983. Un concours d'architecte est lancé. Le projet de l'atelier François-Seigneur est retenu, avec un avant-projet global sommaire de 130 millions de francs (19,8 millions d'euros)… vite revu à la baisse. Une première phase de 85 MF (13 M E) est finalement retenue. 1999 : Le nouveau contrat de plan 2000-2006 bride les prétentions. 140 MF (21,3 M E) sont alloués à l'ensemble des musées mulhousiens, dont 65 MF (10 M E) pour le Musée du chemin de fer. L'accord de principe des financeurs est acquis. 2000 : Suite à un contrôle fiscal, fin 1999, le musée apprend qu'il doit payer la TVA sur ses investissements passés et à venir — ce qui occasionne de nouveaux retards. Le projet est ramené à 8,69 M E hors taxe et, en option, 1,51 M E dont le financement n'est pas encore acquis. Octobre 2002 : Les travaux préparatoires démarrent. Mais le musée reste ouvert. Janvier 2003 : Les travaux de construction de la nouvelle halle doivent commencer. Le musée reste toujours ouvert. Automne 2003 : Le démarrage des travaux de rénovation de l'actuelle halle va entraîner la fermeture du musée pour une durée de six mois. Printemps 2004 : Réouverture d'un musée tout nouveau, tout beau.