En 2016 d'importants travaux d'agrandissement ont été lancés, la capacité d’accueil de 60 000 personnes n’étant plus suffisante pour les plus de 200 000 visiteurs qui y déambulaient chaque année.
Le projet de rénovation de Jean-Paul Philippon (architecte ayant contribué à la transformation de la gare d'Orsay en musée) prévoyait notamment la création d’une nouvelle aile de 1 600 m2, la réhabilitation de 700 m2 du musée existant, la création d'une salle consacrée à l’histoire de Roubaix, d'une galerie dédiée à l’histoire de la sculpture moderne et d'une seconde salle pour les expositions temporaires.
Après un week-end de fête, la Piscine a fermé ses portes en avril 2018 pour une période de 6 mois afin de réaménager l’ensemble des espaces (comme ceux nouvellement réservés à la collection textile ou aux ateliers artistiques destinés au jeune public). Un important travail de restauration, d’inventaire et d’installation a ainsi pu se faire sans déranger le public.