Autour de la nécessité de moderniser les équipements techniques pour la sécurité des personnes des biens et des collections patrimoniales, la rénovation a été l'occasion de repenser les espaces et d'offrir de nouveaux services aux publics. Sur le site Richelieu se côtoient à présent trois institutions : la BnF, l’École nationale des Chartes (ENC) et l’Institut national de l’Histoire de l’art (INHA).

La première phase de travaux, débutée en 2007 et achevée fin 2016, concerne 30000 m² d'un ensemble de 58 000 m², dont la salle Labrouste et le magasin central qui est maintenant ouvert aux lecteurs, la Galerie Auguste Rondel, la salle du département des manuscrits. Une galerie de verre, ajout moderne conçu par les architectes, relie deux bâtiments en surplombant la cour d'honneur.

La deuxième phase des travaux débuté à l’automne 2017 s'est poursuivi jusqu’en septembre 2022. Inauguration le 17 septembre 2022.

Budget de 232 millions d’euros, assuré par le ministère de la Culture et de la Communication à hauteur de 80% et par le ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche à hauteur de 20%. La BnF finance en plus 20 millions d’euros (sur fonds propres et mécénat).