Nel XIX secolo il castello di Montebello giaceva in uno stato di conservazione deplorevole. Passato in mani private, nel 1902 venne acquistato dallo Stato che, in occasione dell'imminente celebrazione del Centenario dell'Indipendenza ticinese, decise di iniziare importanti lavori di restauro e di ricostruzione sul maniero.

Il progetto venne elaborato dall'architetto Eugen Probst (1873-1970), coadiuvato da una commissione di esperti; ampi lavori di consolidamento e ripristino furono svolti negli anni 1902-1910. Secondo un procedimento tipico dell'epoca, le volumetrie del castello vennero completate. Il mastio fu innalzato e ricoperto da un tetto a quattro falde, mura e torri furono ripristinate segnalando il restauro con file di laterizi che separano le parti nuove dei muri da quelle originarie.

Il restauro fu completato dall'architetto Enea Tallone (1876-1937).

Gli architetti Mario Campi, Franco Pessina e Niki Piazzoli vennero incaricati della ristrutturazione degli ambienti interni del mastio e del palazzetto del castello. L'intervento prevedeva di conservare inalterato l'involucro del maniero, organizzando i suoi nuovi contenuti spaziali sulla base di una struttura modulare in ferro, impostata su un concetto di confronto antitetico tra vecchio e nuovo.

Il museo realizzato all'interno del castello di Montebello è quindi un'architettura nell'architettura, dove le strutture necessarie per dare nuovo significato e nuovo uso a quelle antiche vengono calate all'interno di quest'ultime. Un'aerea struttura in ferro, con le sue lastre, i suoi profilati, i suoi tiranti, si trova così inserita nell'involucro massiccio, con la sua muratura in pietra e le sue piccole aperture.

Le condizioni espositive e conservative precarie della mostra e un mutato approccio concettuale e didattico portano il Servizio archeologica dell'Ufficio dei beni culturali a concepire, a partire dal 2009, un nuovo allestimento per la collezione presente nel mastio del castello. Elemento condizionante risulta essere lo spazio definito dell'edificio che si sviluppa verticalmente con ambienti piccoli e sovrapposti determinando già in buona parte il carattere e le possibilità dell'intervento.

Il progetto, eseguito in collaborazione con il Servizio monumenti, deve così tener conto sia dei vincoli di tutela relativi all'arredo e al concetto espositivo degli anni '70 sia dell'applicazione di criteri museografici più moderni e nel pieno rispetto delle condizioni museali moderne.

I lavori - svolti a tappe e su più stagioni espositive con riaperture parziali del museo - vengono coordinati dalla Sezione della logistica; il Servizio archeologia ne cura la parte scientifica e la scelta dei contenuti.

Il progetto realizzato dall'Ufficio dei beni culturali (Dipartimento del territorio), e dalla Sezione della logistica (Dipartimento delle finanze e dell'economia), ha inoltre avuto il sostegno del Dipartimento dell'educazione, della cultura e dello sport tramite l'Aiuto federale per la salvaguardia e promozione della lingua e cultura italiana e il Fondo Swisslos, e della Città di Bellinzona.