W 1977 roku firma Craig Ellwood and Associates dokonała przekształcenia pomieszczeń biurowych na dodatkowe galerie wystawowe na niższej kondygnacji.
W latach 1996–1999 muzeum przeszło poważny remont wnętrza pod nadzorem architekta Franka Gehry’ego we współpracy z architektem wykonawczym Gregiem Walshem. Zmieniono okład ścian wewnętrznych, aby lepiej wyeksponować poszczególne dzieła sztuki. Stropy podniesiono przebijajęc w nich świetliki w celu wpuszczenia naturalnego światła do wnętrz galerii. Oryginalne posadzki z ciemnego parkietu zastąpiono płytami z francuskiego wapienia. Dodano zmodernizowane, spiralne schody, a posadzki galerii ze sztuką azjatycką wyłożono czerwonym indyjskim piaskowcem.
Również dotychczasowe, skromne audytorium przebudowano na centrum multimedialne Norton Simon Museum Theater na 290 miejsc, nadające się zarówno do odczytów i seminariów, jak i do spektakli muzycznych oraz innych imprez związanych ze sztuką. Aby nadać wnętrzu atmosferę intymności i elegancji firma wykonawcza Arthur Gensler, Jr & Associates zadbała zarówno o odpowiednię akustykę (ściany wyłożone drewnem topolowym) jak i o spektakularne oświetlenie.