A híd állapota a 2000-es évekre nagyon leromlott, helyenként életveszélyessé vált, felújítása halaszthatatlan feladat lett, ám Budapest forgalma nehezen bírja el még egy fontos átkelőjének egyidejű kiesését (a másik átkelő a 2007-ben már felújítás alatt lévő Szabadság híd). Ezt megelőzően 1978-ban történt rekonstrukció a hídon, akkor kapta az átkelő pályája a mai formáját. Azóta az állagmegóváson kívül komolyabb beavatkozásra nem került sor.

A felújítás – a Megyeri híd és a Szabadság híd befejezése után – 2009. augusztus 21-én vette kezdetét. Azon a napon egyben a gépjárműforgalomtól is lezárták a hidat; jelenleg csak a BKV járművei valamint megkülönböztető jelzést használó gépjárművek haladhatnak át rajta. A munkálatok előreláthatólag 2011 júniusára zárulnak le.[5] A beruházás több mint 20 milliárd forintba kerül. (A költségek felét Európai Uniós pénzekből finanszírozzák.) Alternatívaként felmerült pontonhíd építése is, ám a hajózási és vízszabályozással kapcsolatos problémák miatt ezt a megoldást elvetették.

A tervek szerint a felújítás során a műemléki jelleg helyreállítása is fontos szempont lesz, így többek között visszakerülnek a hidat díszítő szobrok, továbbá (az Erzsébet hídhoz hasonlóan) vasbeton helyett strapabíróbb acél pályalemezt építenek rá, új korlátokat helyeznek ki, és díszkivilágítással látják el. A középső kanyar ívét levágják, szélesítik a híd közepén a forgalmi sávokat, valamint a járdát is kibővítik 2 méterrel, és kerékpárutat alakítanak ki rajta, beleértve a pesti és budai csatlakozásokat. Az aluljáró megszűnik a Margit-sziget felé, és zebrán lesz lehetséges az átkelés (a lámpákat a tervek szerint a hídfőkön lévőkhöz igazítják).

A beruházás alatt a villamosok ún. repülősíneken közlekednek, melyek közúti forgalomra is alkalmasak, a hídon a BKV járművei és a megkülönböztető jelzést használó járművek hajthatnak át. A sziget szinte az egész beruházás alatt elérhető gyalogosan.[7]

A hídfelújítás I. üteme során elbontják a híd északi oldalát. Emiatt a villamosok ideiglenes sínpályán közlekednek a híd déli oldalán, maximálisan engedélyezett 10 km/h-s tempóval. A gyalogosforgalom számára kizárólag a déli oldalon fekvő járda vehető használatba, a Margitszigetre a híd aluljáróján keresztül lehet kijutni, a szigeti szárnyhídnál lévő villamosmegállót üzemen kívül helyezték.

Az északi oldalon folytatott munkálatok befejeztével a déli oldal bontása veszi kezdetét. A villamos- és gyalogosforgalmat ekkor az északi oldalra terelik. A déli oldal elkészültével a híd közepén megépítik a végleges villamospályát. A vágányépítés ideje alatt autóbuszok fogják pótolni a villamosokat. A hidat megemelik és magasabbra helyezik a pesti rakpart fölött, így a felújítás után a nagyobb járművek sem szorulnak be a híd alá. A Margit híd szélesebb is lesz. Önálló, kétirányú kerékpárutat építenek ki a margitszigeti oldalon; a híd közepén akadálymentes, zebrás átkelőt alakítanak ki, az aluljáró ezzel megszűnik. A kerekesszékkel vagy babakocsival közlekedők így könnyebben tudják majd megközelíteni a Margitszigetet. A felújítás során a margitszigeti villamosmegálló peronjait kiszélesítik és korláttal látják el, egyúttal a pesti és a budai lehajtó sávokat is meghosszabbítják, valamint a parti pilléreket is kiszélesítik.

A rekonstrukció során a műemlékeket is felújítják, mely a következő munkálatokat foglalja majd magába: a vámházak pinceszintjét megépítik, a járdán kőkorláttal jelölik majd helyüket, így később újból felépíthetőek lesznek. Mészkőtömbből készítenek mellvédkorlátot a parti pillérek mellvédjeire (ma betonszegély látszik a helyükön), a párkány konzolsorral alakítják ki, egyúttal a hídfő átjárói is visszakapják egykori íves nyílásaikat. A hídra visszakerül az eredeti formájú korlát, melyhez a mintát a szigeti szárnyhídról veszik majd, mivel ott megmaradt az eredeti. A hídszerkezetbe a régihez hasonló, X alakú kereszttartókat építenek be, ezáltal látható lesz, hogy miért gondolták úgy hajdan, hogy a híd hasonlít a fekvő Eiffel-toronyra.

Az egykoron minden hídpilléren megtalálható öntöttvas díszoszlopokat, melyeknek előképe Párizsban a Concorde téren látható, utóbbiak motívumai valamint korabeli fényképek alapján Wild László tervezi újra. A csúcsaikra felkerül a magyar korona, oldalaikon pedig szárnyas kimérák fognak tartani díszes lámpatesteket a csőrükkel. Az öntöttvas díszoszlopokat csak a parti pillérekre helyezik majd el. Az eredeti fényképek alapján rekonstruált kandelábereket viszont mindenhová felszerelik, a villamospálya két vágánypárja között pedig régies stílusú T alakú villamosvezeték-tartók állnak majd.

Helyreállítják a középpillér teljes homlokfal-díszítményét a címerrel és a koronával együtt. A mellvédekre is visszakerül a korábbi két kőobeliszk. A több pillér szobrait is restaurálják majd, az egyikről hiányzó – a háborúban megsemmisült – hajóorron álló emberalakot pótolni fogják. Az északi oldalon a szobrokat felülről az útpálya takarja majd, ugyanis pillérszélesítés nélkül szélesítik majd ki a hidat 5 méterrel a kerékpárút miatt.

Ezenfelül a Margit híd díszkivilágítást is kap, így különlegesebb és szebb lesz Budapest esti panorámája.

A fővárosi közgyűlés 2010 júniusában egyhangúlag elutasította a Margit híd felújítását végző konzorcium 740 millió forintos többletköltség-igényét, nem járult hozzá a határidő kitolásához, valamint úgy döntött: kéri a kivitelező által bejelentett csúszás miatti kötbért.
A kerékpárutat a felmerült problémák miatt 2011. július közepén végül áttették az úttestre – ez a megoldás a biciklistáknak is bevált. A biciklisták budai hídfő alatt átvezető alagútját 2011. augusztus 9-én átmenetileg megnyitották, majd egy hibáról értesülve újból lezárták. Az átjáró végül 2011. szeptember 12-én nyílt meg.