La intervención sobre el palacio ha sido ambiciosa, recuperándose la cubierta a dos aguas, destruida en un incendio en 1922, generando miradores y cubriéndose con paneles de aluminio. Del mismo modo, se han originado nuevos espacios monumentales-de gran impacto visual, como un zaguán, también se ha propiciado una comunicación entre ámbitos y plantas a través de la permeabilidad que aportan a la nueva construcción distintos vanos y la flotación de la planta tercera, que no toca los
muros originales.
La actuación ha propiciado cerca de 3.000 m2 de espacio expositivo, repartidos en las dos plantas en las que se sitúan las secciones que componen el museo, Arqueología y Bellas Artes. Además de los 1.500 m2 entre la sala de exposiciones temporales y el almacén visitable de la planta cero, bajo un conjunto de bóvedas. En la planta baja, a través de un suelo transparente, se observan los cimientos del palacio neoclásico y parte de la muralla medieval de la ciudad.
Entre las principales actuaciones realizadas por Sacyr destacan: la demolición del interior del edificio manteniendo las fachadas existentes; seguimiento, control y análisis arqueológico durante los movimientos de tierras y cimentaciones; estructura postesada con luces de 15 m apoyadas en los muros existentes de gran potencia consiguiendo no tener pilares intermedios con grandes espacios diáfanos en las salas de exposición; estructura metálica en cubierta para volver a recuperar el estado original del edificio con una cubierta a dos aguas; divisiones interiores; revestimientos; carpintería de madera Iroko interior y exterior; cubrición teja fundición aluminio (4.000 m2); instalaciones; y restauración monumental.