2009. aasta mais selgus uuendusprojekti ideekonkursi võitja. KOKO Arhitektide visioon nägi suurima muudatusena ette basseini asemele uue sissepääsuosa rajamist, mis lisab suurejoonelisust ja säilitab tornile puhta vaate. Töödega alustati 2010. aasta juunis. 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 erinevaid lahendusi – uued vaibad veeti üles lifti alla kinnitatult, ehitusprahi vedamiseks konstrueeriti spetsiaalsed kärud, mis mahtusid kitsastesse liftidesse. Ka kogu vajalik ehitusmaterjal tuli üles tuua nende samade 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, mis tekitas ekspositsiooni jaoks ruumi. 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 ajas rännata ja tutvuda enam kui 100 aknast paistva objekti ajalooga. 170 meetri kõrguselt alla vaatamiseks on põrandal läbipaistvast materjalist sõõrid. Eestlaste tippsaavutusi tutvustab ekspositsioon, mille kuvamiseks on välja töötatud kosmiliste taimede kujulised robotid, mis külastajate liikumisele reageerivad. Isegi vaiba muster on kui kosmiline muru, erineva pikkusega kiirekimbud. Kino ehk vitraažisaalis näidatakse lühifilmi.
22. korrus avati kohviku ja vaateplatvormina. Ruumis, kus 1991. a asusid neli teletorni kaitsjat, asub kohviku köök. Need tehnilised ruumid polnud enam vajalikud, sest tehnilise varustuse mõõtmed olid umbes 10 kord vähenenud.
22. korrusele viib lift, korrus kõrgemal asuvasse kohvikusse tuleb tõusta keerdtreppi mööda. Saab ka liftiga, lifti kasutamiseks tuleb pöörduda teletorni töötaja poole.
Väljapanekus on puutetundlikul ekraanil 10 häälega videot uuendustööde teostamisest.
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 alla, see on isemajandav asutus ega kuulu ei linna ega riigi eelarveliste asutuste hulka.
360° vaade!