Реставрационная мастерская музея, созданная в 1979 году, — одна из самых крупных в России. Команда из 15 профессионалов высокой категории и разных специальностей владеет практически всеми направлениями музейной реставрации. Работа мастерской включает научное исследование памятников:

• описание и атрибуцию музейных предметов;
• определение материалов и технологий изготовления;
• исследование памятников в рентгеновских, ультрафиолетовых и инфракрасных лучах.

Благодаря работе реставраторов для посетителей стали доступны уникальные памятники древнего литья, неолитическая керамика, письма с фронтов Первой мировой и Великой Отечественной войн, вышивки и бисерное шитье, берестяной и меховой чумы, раритетная мебель, невьянские иконы, зоологические экспонаты и множество других предметов разнообразных коллекций.

Специалисты музея принимали участие в реставрации и подготовке к экспонированию, помимо собраний СОКМ, музейных предметов из фондов более чем 20 музеев Урала и Сибири.

С 1998 года на базе мастерской работает Школа реставрации. Педагоги — специалисты Государственного Эрмитажа, стажеры — сотрудники музеев Уральского региона.