Im Frühsommer 2003 war der Startpunkt für den Aus- und Umbau der Kilianikirche, mit der archäologischen Bodendenkmalerfassung.

Die Außenfassade wurde im Zuge der Umbaumaßnahmen vollständig überarbeitet und dem gesamten Baukörper sein statisches Gleichgewicht durch Verankerungen und teilweises neu Aufmauern der Südwand wiedergegeben.

Im Zuge der Neueindeckung des Kirchenschiffes musste der gesamte barocke Dachstuhl ersetzt werden.

Im Innenbereich der Kirche wurden nach Beendigung der Grabungen Bohrlöcher für das Stützsystem der neu eingebauten Zwischenebene für den Spiel- und Zuschauerraum gesetzt und das Fußbodenniveau auf Höhe der mittelalterlichen Vorgängerbauten neu definiert. Über eine neu entstandene Treppe erreicht man den multifunktionalen Bühnenraum mit Platz für etwa 150 Zuschauer.

Im Erdgeschoss entstanden neben einem Café- und Empfangsbereich weitere Funktionsräume für Sanitär, Garderobe, Haustechnik und Lager.

An der Westwand entstand ein neuer Anbau mit einem zweiten Treppenaufgang und einem Aufzug.

Die restauratorische Reinigung des barocken Deckengemäldes lässt die Malerei wieder in ihrer originalen Farbigkeit aus dem Entstehungsjahr 1775 erscheinen und bildet über der Zwischenebene einen opulenten Abschluss des Innenraumes. 

Mit der Fertigstellung erhielt die Kilianikirche ihren gebührenden Platz im öffentlichen Leben der Stadt Mühlhausen zurück.