Nel 1867, alla morte di Massimiliano e dopo la partenza per il Belgio di Carlotta, il Castello accoglie per brevi periodi la famiglia Asburgo.
Tra il 1869 e il 1896 sono testimoniati almeno quattordici soggiorni di Sissi, l’imperatrice Elisabetta d’Austria consorte di Francesco Giuseppe, che dimorerà anch’egli nel Castello nel settembre del 1882, in occasione di una sua visita ufficiale a Trieste.

Il 22 marzo del 1900 Stefania del Belgio sceglie la cappella del Castello per sposare in seconde nozze il nobile ungherese Elemér de Lónyay. Nel marzo del 1914 Francesco Ferdinando, l’erede al trono, vi ospita l’imperatore prussiano Guglielmo; due mesi più tardi verrà assassinato a Sarajevo. Gli ultimi Asburgo presenti a Miramare sono gli imperatori Carlo e Zita, con i quali si conclude la storia dell’impero asburgico.
Durante la prima guerra mondiale, la mobilia e le opere d’arte del Castello vengono trasferite a Vienna; Al termine del conflitto tutto il comprensorio di Miramare passa sotto l’amministrazione italiana e tra il 1925 e il 1926 l’Austria restituisce, in base a precisi accordi con l’Italia, gli arredi completi affinché il Castello sia trasformato in un museo.
Dopo i necessari restauri condotti dalla regia Soprintendenza, il 24 marzo 1929 si svolge l’inaugurazione del museo, che verrà successivamente chiuso quando il duca Amedeo di Savoia Aosta pone la sua residenza nel Castello, abitandovi dal 1931 fino al 1937.

Nel 1943, durante l’occupazione tedesca di Trieste, viene aperta nel Castello una scuola per ufficiali dell’esercito tedesco, mentre l’arredo viene rimosso e custodito in vari edifici cittadini.
Nel 1945 si insediano nel Castello le truppe neozelandesi, a cui succedono quelle inglesi; da ultimi gli Americani, che vi rimangono dal 1951 fino al 1954, anno in cui Trieste viene restituita all’Italia in base al Memorandum d’intesa siglato a Londra il 5 ottobre.

Castello, Castelletto e Parco, riconfermati proprietà demaniale, sono dunque sottoposti a lavori di restauro a cura della locale Soprintendenza. Sulla base di documentazioni grafiche e di foto d’epoca si ricostruiscono le decorazioni a legno nelle stanze e si ricollocano mobili, suppellettili, quadri e tappezzerie.

Nel marzo 1955 il Parco viene riaperto al pubblico e, il 2 giugno dello stesso anno, s’inaugura il museo oggi denominato ufficialmente “Museo Storico del Castello di Miramare”, affidato alla “Soprintendenza per i Beni Storici Artistici ed Etnoantropologici del Friuli Venezia Giulia”.

Ad oggi il Museo Storico e il Parco del Castello di Miramare è un museo statale del Ministero della Cultura, che è stato dotato di autonomia speciale dal 2016. Da quel momento è iniziato un processo di rinnovo, riqualificazione, restauro e revisione dello statuto e della missione culturale e sociale del museo.
Nel 2023 nel comprensorio di Miramare sono stati inglobati anche tutti i musei nazionali presenti nella Regione Friuli Venezia Giulia: il Museo Archeologico Nazionale di Aquileia unitamente al Museo Paleocristiano e Cripta degli Scavi, il Museo Archeologico Nazionale di Cividale , il Museo Nazionale dell’archeologia subacquea dell’Alto Adriatico di Grado, che hanno acquisito il nuovo statuto di musei dotati di autonomia speciale.