2009 aasta mais selgus uuendusprojekti ideekonkursi võitja. KOKO Arhitektide visioon nägi suurima muudatusena ette basseini asemele uue sissepääsuosa rajamist, mis lisab suurejoonelisust ja säilitab puhta vaate tornile. 2010. aasta juunis alustati töödega. Esimese asjana lammutati vana pääslakompleks. Renoveerimise käigus tehti ära ka seni tegemata jäänud tööd ja soojustati korralikult alumine ringehitis.
Teletorni puhul oli tegemist kõrgehitisega, kus töid teostati 170 m kõrgusel. Selleks leiti erilahendusi: uued vaibad veeti üles lifti alla kinnitatult, ehitusprahi vedamiseks konstrueeriti spetsiaalsed kärud, mis mahtusid kitsastesse liftidesse. Ka kogu vajalik ehitusmaterjal tuli üles tuua nende liftidega, mis tähendas sadu liftisõite päevas. Tornivälist vintsi kasutati üksikute suuremate esemete transpordiks. Kuna lammutustöid tehti ka väljaspool torni, kasutati isegi alpinistide abi.
Torn sai oma praeguse kujunduse. Suurima muutuse tegid läbi 21 ja 22 korrus.
21. korrusel lõhuti kõik vanad vaheseinad ja tekkis ruum ekspositsiooni jaoks. Kasutati palju Eestis unikaalseid ja uuenduslikke lahendusi. Ehitati ümara lahenduse ja valge fiiberplastikuga kaetud väiksemad ümarad ruumid. 21. korruse näitusesaali paigutati robotseened, külastajate liigutustele reageerivad puutevabad süsteemid ning interaktiivsed ekraanid, mille abil on võimalik rännata ajas ja tutvuda enam kui 100 aknast paistva objekti ajalooga. Põrandal on läbipaistvast materjalist sõõrid 170 meetri kõrguselt alla vaatamiseks. Eestlaste tippsaavutusi tutvustab ekspositsioon, mille kuvamiseks on välja töötatud kosmiliste taimede kujulised robotid, mis reageerivad külastaja liikumisele. Isegi vaiba muster on kui kosmiline muru, erineva pikkusega kiirekimbud. Kinosaalis näidatakse lühifilmi.
22. korrus avati kohviku- ja vaateplatvormina. Ruumis, kus 1991 a. asusid 4 teletorni kaitsjat, asub kohviku köök. Need tehnilised ruumid polnud enam vajalikud, sest tehnilise varustuse mõõtmed olid vähenenud umbes 10 korda.
21. korrusele viib lift, korrus kõrgemal asuvasse kohvikusse tuleb tõusta kas keerdtreppi mööda. Saab ka liftiga, lifti kasutamiseks tuleb pöörduda teletorni töötaja poole.
Väljapanekus on puutetundlikul ekraanil 10 töötegemise häältega videot.
Teletorn avati külastajatele uuesti 5. aprillil 2012 aastal.
Teletorni renoveerimist ja taasavamist rahastati Ettevõtluse Arendamise Sihtasutuse ja Tallinna Teletorni Sihtasutuse koostööl. Projekti kogumaksumus oli ligi 6,7 miljonit eurot. Teletorn kuulub SA Tallinna Teletorn, ta on isemajandav asutus ega kuulu ei linna ega riigi eelarveliste asutuste hulka.