El Museo de Sitio Castillo de Niebla fue inaugurado el 1 de febrero de 1993. Años más tarde se construyó el edificio administrativo aledaño sobre los cimientos de las antiguas oficinas de servicios municipales (información turística, teléfono público, baños y correo, entre otros). Durante el año 2000 se implementó también una biblioteca. Entre los años 2003 y 2006 un equipo multidisciplinario realizó una investigación financiada por la Subdirección Nacional de Museos que permitió la implementación de la actual museografía permanente, inaugurada en febrero de 2007. De esta destacan paneles informativos en forma de velamen, la propuesta de maniquís vestidos según la época, una maqueta del puerto a gran escala, entre otros.

Se han gestionado diversas intervenciones externas para la conservación del monumento. Las etapas de trabajo arqueológico desarrolladas en función de esas intervenciones nutrieron también la colección del museo, pues fueron halladas diversas piezas cerámicas así como gran cantidad de material constructivo (ladrillos, tejas y cancagua canteadas).

En 2015, en su reapertura, el museo recibió 398.071 visitantes, liderando la estadística de los museos regionales y perfilándose dentro de los tres museos más visitados en Chile.

Por medio de un convenio con Contraloría General de la República, en 2016 comenzó a funcionar en la ciudad de Valdivia el Centro de Interpretación de Todas las Aguas del Mundo, sala de exhibición interactiva dependiente del museo y que contribuye a posicionar al río Valdivia como eje articulador de la historia local.

Actualmente, mantiene atención de público presencial, actividades educativas, exhibiciones temporales y vinculación con la comunidad, trabaja con sus colecciones e investigadores regionales y nacionales.