Tussen 1998 en 2000 werkte de Ontwerpgroep Trude Hooykaas (OTH) uit Amsterdam aan een ingrijpende verbouwing van het stadhuis. Bij de verbouwing wilde men zoveel mogelijk bestaande lambrisering, vloerpatronen, plinten en plafonds behouden. De vroegere binnenplaats, ooit een ontoegankelijke plek binnen het complex, is inmiddels overdekt door een glazen kap – ontwerp Joost Ruland –  die als het ware golvend over de ruimte zweeft. Het zogenoemde ‘Atrium’ vormt tegenwoordig de centrale plaats van het Stadhuis van Leiden.

In de periode van 2011-2013 is het interieur van de hoofdverdieping grondig gerestaureerd. De interieurs van het stadhuis zijn spectaculair te noemen, zeker uit oogpunt van materiaalgebruik waarbij gebruik gemaakt werd van sprekende, geaderde marmers en houtsoorten. De grafisch kunstenaar Escher verzorgde diverse van de monumentale kunstwerken, zoals de Kaart van Leiden, ingelegd in hout. Ook de marqueterie (houten inlegwerk) in de kamer van Burgemeester en Wethouders zijn van de hand van Escher.