Pirmuosius lankytojus muziejus pakvietė 2003 m. vasario 14 d., iškilmingai pažymint Vilniaus miesto centrinės elektrinės 100-metį. Tuo metu muziejus užėmė vos 13% buvusios elektrinės patalpų, likusios pastato dalies būklė buvo prasta.

Siekdamas pakilti į šiuolaikinės visuomenės lūkesčius atitinkantį lygį, 2005 m. muziejus parengė ambicingą plėtros projektą „Lietuvos energetikos muziejaus pertvarkymas į Lietuvos technikos muziejų, pritaikant kultūros ir istorijos paveldo objektą – pirmosios Vilniaus centrinės elektrinės patalpas viešiesiems turizmo poreikiams“.

Tuomet Baltijos šalių mokslo istorijos ir filosofijos asociacijos prezidentas, prof., habil. dr. J. A. Krikštopaitis spaudoje rašė: „Visos Vakarų civilizacijai priklausančios šalys jau seniai turi įspūdingus įvairių technikos sričių muziejus, atliekančius ne tik kultūros bei istorijos paminklo edukacinę misiją, bet ir patrauklaus turistinio objekto vaidmenį. Šioje srityje mes dėl neapdairumo, kasdien prarasdami vertingus mūsų techninės minties paminklus, nuskurdiname savąją kultūrą, jos materialinės raidos vertybes. Lietuvos energetikos muziejus turi visas potencialias galimybes tapti įdomiu Technikos muziejumi“.
2006 m. liepos 13 d. LR ūkio ministerija, VšĮ Lietuvos verslo paramos agentūra ir VšĮ Lietuvos energetikos muziejus pasirašė 10,9 mln. litų paramos teikimo sutartį. Įgyvendinus Europos Sąjungos struktūrinių fondų lėšomis remiamą projektą Lietuva išsaugojo istoriškai įdomų ir svarbų industrinį technikos objektą savo tikrojoj vietoj su savo originalia įranga ir aplinka, padedančia perteikti į praeitį nuėjusių laikų dvasią.

Muziejus buvo plečiamas ir rekonstruojamas galvojant apie jo patrauklumą įvairiems visuomenės sluoksniams. Todėl autentika derinta su šiuolaikinių mokslo muziejų ekspozicijomis, mokslinėmis atrakcijomis. Buvo mąstoma ir apie tai, kad Vilnius neturi miesto muziejaus, todėl į techninį paveldą pirmiausia žvelgta Vilniaus miesto pramonės ir miesto plėtros aspektais.

2006 m. Lietuvos energetikos muziejus įsitraukė į tarptautinį projektą – „Svajonių fabrikai? Paroda apie pramonę ir modernizmą Batijos jūros regione 1945–1990 m.“. (Keliaujanti septynių valstybių bendromis pastangomis rengta paroda Vilnių pasiekė tik 2009-ųjų rudenį.)

2008 m. pabaigoje muziejus, baigęs įgyvendinti ES struktūrinių fondų remtą projektą „Lietuvos energetikos muziejaus pertvarkymas į Lietuvos technikos muziejų, pritaikant kultūros ir istorijos paveldo objektą – pirmosios Vilniaus centrinės elektrinės patalpas viešiesiems turizmo poreikiams“, pasiekė pagrindinį projekto tikslą – rekonstruotas industrinis objektas, išsaugant autentišką elektrinės įrangą, ir pritaikytas kultūros bei turizmo reikmėms. Nedidelis mažai žinomas Lietuvos energetikos muziejus išaugo nuo 800 iki 5000 m2 ir tapo didžiausiu įvairias techninio paveldo sritis pristatančiu muziejumi Lietuvoje. Istorinis elektrinės pastatas, kadaise buvęs miesto pakraštyje, atsiradus Karaliaus Mindaugo tiltui, natūraliai prisišliejo prie žymiausių Vilniaus turizmo objektų komplekso – Gedimino pilis ir Katedros aikštė yra čia pat, kitoje Neries pusėje.

Muziejaus pasididžiavimas, žinoma, yra ir bus pats elektrinės pastatas ir autentiška dar neseniai veikusios elektrinės įranga. Bet dabar čia galima pasidžiaugti ne tik geriausiai kompleksiškai išsaugotu industriniu paveldu. Čia dar galima pasimėgauti interaktyviomis mokslo ekspozicijomis, kurios pasaulio mokslo ir technikos muziejuose išpopuliarėjo jau prieš kelis dešimtmečius, gauti žinių apie Vilniaus pramonę. Rekonstrukcijos laikotarpiu senoji pastato architektūra įgijo modernių jungčių su šiuolaikiškais sprendimais – ant pastato stogo buvo įrengta vėjo ir saulės jėgainė. Ji padeda muziejui pristatyti ekologišką energetiką, naujas technologijas šioje srityje, o kartu pigiau tenkinti elektros energijos poreikius.

Atsinaujinęs muziejus aktyviai įsiliejo į „Vilniaus – Europos kultūros sostinės 2009“ renginių programą.