Kort voor het terugplaatsen van de lantaarns werden bouwketen, schuttingen en steigers rond het paleis verwijderd, die nodig waren voor een gevelrestauratie. In juni 2009 begon de Rijksgebouwendienst met een grootschalig onderhoud aan de grijze buitenkant van het 17e eeuwse gebouw, die door de tand des tijds flink smoezelig was geworden.

Van 2006 tot en met 2009 nam de Rijksgebouwendienst de binnenkant onder handen. In het paleis werden nieuwe appartementen ingericht voor koninklijke gasten en hun personeel, compleet met badkamers en garderobekamers. De liften kregen een opknapbeurt en restaurateurs herstelden antiek meubilair, marmeren schouwen en schilderijen. In vele zalen kwamen de oorspronkelijke kroonluchters terug en de keukens werden gemoderniseerd.

De 80 miljoen euro kostende renovatie maakte het Koninklijk Paleis weer geschikt voor staatsbanketten, het herbergen van buitenlandse gasten, officiële ontvangsten en publiek. Het voedde ook de geruchten dat een troonswisseling ophanden zou zijn.

Lodewijk Napoleon nam het Amsterdamse stadhuis in 1808 als woonpaleis in gebruik, toen hij koning van Holland was. Koning Willem I wilde het in 1813 teruggeven aan de stad Amsterdam, maar die vond de kosten van een verhuizing en nieuwe inrichting te hoog. Sindsdien is het een van de paleizen die het Koninklijk Huis gebruikt.