Nach dem Tod Maximilians und der Abreise Charlottes nach Belgien im Jahre 1867 weilten Mitglieder der Habsburger Familie immer wieder für kurze Zeit im Schloss Miramare.
Zwischen 1869 und 1896 sind mindestens 14 Aufenthalte von Sissi, der Kaiserin Elisabeth von Österreich und Gemahlin des Kaisers Franz-Joseph belegt, der anlässlich seines offiziellen Besuchs in Triest im Jahre 1882 ebenfalls im Schloss nächtigte.

Am 22. März 1900 wählte Stephanie von Belgien die Schlosskapelle für ihre zweite Vermählung mit dem ungarischen Adligen Elemér de Lónyay. Im März 1914 empfing der Thronfolger Franz Ferdinand im Schloss den preußischen Kaiser Wilhelm, kurz bevor er zwei Monate später in Sarajevo ermordet wurde. Die letzten Mitglieder der Dynastie, die im Schloss Miramare weilten, waren das Kaiserpaar Karl und Zita, mit denen das Imperium der Habsburger endete.
Während des Ersten Weltkriegs wurden die im Schloss befindlichen Möbel und Kunstwerke nach Wien gebracht. Am Ende des Konflikts ging der gesamte Gebäudekomplex Miramare an die italienische Regierung über und Österreich übergab zwischen 1925 und 1926 nach präzisen Abmachungen mit Italien die komplette Einrichtung des Schlosses an Italien, damit daraus ein Museum entstehen konnte.
Nach Durchführung der notwendigen Renovierungsarbeiten durch das Königliche Amt für Kunst- und Denkmalpflege wurde das Museum am 24. März 1929 eröffnet. Während der Nutzung des Schlosses als Wohnsitz durch den Herzog Amedeo von Savoyen-Aosta zwischen 1931 und 1937 wurde es erneut geschlossen.

Zur Zeit der deutschen Besatzung Triests war ab dem Jahr 1943 eine Schule für deutsche Offiziere im Miramare untergebracht, wobei die Einrichtung entfernt und in verschiedenen städtischen Gebäuden gelagert wurde.
1945 wurde das Schloss zunächst von neuseeländischen und anschließend von englischen Truppen besetzt. Zwischen 1951 und 1954 waren darin Amerikaner stationiert, bis Triest basierend auf dem am 5. Oktober unterzeichneten Londoner Abkommen erneut Italien zugesprochen wurde.

Nachdem Schloss, Gartenhaus und Park erneut in den Staatsbesitz übergegangen waren, führte das örtliche Amt für Kunst- und Denkmalpflege Renovierungsarbeiten am Schloss durch. Basierend auf Zeichnungen und historischen Fotoaufnahmen wurden die Holzdekorationen der Zimmer rekonstruiert und die Räume erneut mit den früheren Möbeln, Einrichtungsgegenständen, Bildern und Tapeten ausgestattet.

Der Park wurde im März 1955 erneut für Besucher geöffnet, während das Museum, dessen heutige offizielle Bezeichnung „Museo Storico del Castello di Miramare“ lautet, unter der Leitung des Amts für Kultur- und Denkmalschutz der Region Friaul-Julisch Venetien am 2. Juni desselben Jahres eingeweiht wurde.