In de 20e eeuw werd het gebouw meermalen gerestaureerd. De eerdere verbouwingen van Lodewijk Napoleon werden, voor zover het de onderverdeling van de galerijen betrof, ongedaan gemaakt, en het werd in zijn oorspronkelijke staat teruggebracht.
De eveneens noodzakelijke restauratie van de gevel begon in 2009. Hoewel vaak aan de Rijksgebouwendienst werd gevraagd om de gevel van het gebouw te reinigen, heeft de Rijksgebouwendienst dat nooit willen doen. Naast te weinig kennis om dat zonder gevaar voor het gebouw verantwoord te kunnen doen,stond de Rijksgebouwendienst ook op het standpunt dat het monument (nu eenmaal) een oud gebouw is en dat dit ook gezien mag worden. Dat de vervuiling nogal onregelmatig is en ook bij reparaties aangebrachte nieuwe blokken er nogal uitspringen, zag men daar echter wel als een probleem dat serieus genomen moest worden. In opdracht van de Rijksgebouwendienst zijn daarom veel onderzoeken verricht naar de vervuiling van zandsteen en de mogelijkheden om zandsteen te reinigen. Die onderzoeken kwamen vanaf 2001 in een stroomversnelling, nadat de gemeente Rotterdam besloot om de gevels van het stadhuis aldaar te reinigen. Daardoor kon in 2008 een plan worden gepresenteerd om de gevels van het Paleis op de Dam te ’ontstoren’, zoals de Rijksgebouwendienst dat noemt. Van de steigers die nodig zijn voor de gevelrestauratie zal tevens gebruik worden gemaakt om dit ontstoren uit te voeren.
Documentaire
De afgelopen jaren is het Paleis op de Dam flink onderhanden genomen door de Rijksgebouwendienst. De vakmannen en de architect worden gevolgd die het Paleis restaureren. Ook wordt er een kijkje gegeven in de groeve in Duitsland waar nieuwe stenen worden gehakt en zien we hoe de documentalist de vijfentwintigduizend zandstenen blokken van het paleis in kaart brengt. Het Paleis op de Dam is gerestaureerd en grotendeels in oude glorie hersteld. Er is veel gedaan om het gebouw weer veilig en ook mooier te maken. Het is perfect, tot aan de dakrand.