Seit 1965 war in dem 1840 erbauten Wilhelmspalais die Stuttgarter Stadtbücherei untergebracht. Im Herbst 2011 zog die Stadtbibliothek in ihren Neubau am Mailänder Platz und das Gebäude wurde frei. Damit begann die Planung für das neue Stadtmuseum, das der Stuttgarter Stadtrat bereits 2007 im Grundsatz beschlossen hatte. Den europaweiten Wettbewerb gewann die Stuttgarter Arbeitsgemeinschaft Lederer + Ragnarsdóttir + Oei (Architektur) und jangled nerves (Ausstellungsgestaltung). Ihr Konzept: Die denkmalgeschützten Außenmauern des Bauwerks bleiben bestehen, das Innere wird vollständig entkernt und das Museum als „Gebäude im Gebäude“ neu aufgebaut. Dadurch war es möglich, von außen unsichtbar aus den ursprünglich zwei Stockwerken nun vier Stockwerke zu machen und ein Technikgeschoss unterzubringen.

Für das Wohlbefinden der Menschen und den Schutz der Ausstellungsstücke im Gebäude sorgt jetzt ein effektives Lüftungssystem. Eingebaut sind Ventilatorkonvektoren VFC, QVC sowie Induktionsgeräte HFVsf und QHG, also fast das gesamte Programm an LTG Brüstungsgeräten. Sie befinden sich zwischen der originalen Außenmauer und der neuen Innenwand aus hellem Holz. Unter den Fenstern wird die Luft nach oben und nach vorne ausgeblasen, zwischen den Fenstern als Quellluft nur nach vorne. Spezielle Luftauslassgitter gibt es nicht, die Ausströmöffnungen sind direkt in die Holzpaneele gesägt.