En 1992, l’extension réalisée par l’architecte Christian de Portzamparc agrandit le musée d’une aile résolument contemporaine, le dotant d'un espace dédié aux expositions temporaires, en ce moment y est présentée l'exposition "Philippe Cognée. La peinture d'après".

Au rez-de-chaussée, de nouvelles salles d’exposition présentent, sous forme d’études et de fragments, la première et la dernière commande d’envergure reçues par l’artiste : le Monument aux Morts, aux Combattants et Défenseurs du Tarn-et-Garonne de 1870-1871, le Monument à Adam Mickiewicz (1908-1928).

Cette extension s’accompagne de l’aménagement de réserves en sous-sol, d’un cabinet des arts graphiques au premier étage, d’une salle de documentation au deuxième étage. Le musée est ainsi doté d’un complexe scientifique pour conserver, étudier au mieux le fonds prodigieux d’archives et de photographies (8 000), de sculptures (3 000), de dessins et aquarelles (4 000) , de peintures et pastels (150) donnés ou légués respectivement en 1995 et 2002 par Rhodia Dufet-Bourdelle à la Ville de Paris.