2005年,西安事变纪念馆被国家列入“陕甘宁红色旅游区”重要景点,于2007年9月开始实施包括馆区基础设施改造、张学良公馆和杨虎城止园别墅旧址维修及陈列改造等项目建设。对张学良公馆三幢旧址楼和杨虎城止园别墅主体建筑进行整体维修;对纪念馆原有陈列室进行改扩建,展厅面积由原来的200平方米增加到500平方米,新建了多功能影像厅、观众接待中心和服务室等,总投资2000余万元。
陈列改造重点确立了一个主题陈列《历史的转折——西安事变史实陈列》、两个专题陈列《赤诚爱国无悔情——张学良将军生平陈列》和《虎将雄风一世豪情——杨虎城将军生平陈列》、两处旧址复原陈列《张学良将军公馆旧址复原陈列》、《杨虎城将军止园别墅旧址复原陈列》。五个陈列与公馆旧址改造共同构成了西安事变纪念馆陈列展示的整体内容,全面地反映了西安事变所涵盖的真实历史。