En 2002, un concours international est lancé par le musée pour concevoir un Master Plan du futur renouvellement de ses galeries. L'architecte new-yorkais, Steven Holl, a conçu l'agrandissement du musée. Après des éliminatoires successifs, l'agence est lauréate. Commence alors un processus complexe entre les curators, le staff et le board du musée pour imaginer ensemble un musée d'histoire naturelle du 21ème siècle qui aborde des questions fondamentales soit de manière directe, soit de manière métaphorique.
Le Master Plan est remis en Août 2003 à la présidente du musée, Jane Pisano. Il est complété en 2005.
Les nouvelles galeries ont ouvert entre 2007 et 2011.