V systému péče o sbírky NTM mají nezastupitelnou úlohu restaurátorské dílny. Jejich počátky a rozvoj kopírují peripetie putování sbírek muzea. Počátky spadají již do období příprav zpřístupnění prvních sbírek v roce 1910 (ve Schwarzenberském paláci na Hradčanech). Následuje pražská Invalidovna, ke které se po II. světové válce přidružilo i pracoviště v nové budově na Letné.
Definitivně bylo pracoviště restaurátorských dílen přesunuto do hlavní budovy NTM na Letné po katastrofální povodni v roce 2002. Právě při odstraňování následků na zaplavených sbírkových fondech, sehrály restaurátorské dílny významnou roli. Po prvotním očištění a základní konzervaci, procházely postupně několik let všechny sbírkové předměty detailnějším ošetřením.
Hlavním posláním restaurátorských dílen je péče o sbírkové předměty v celém rozsahu preventivní konzervace, restaurování a příprav pro uložení v kvalitních depozitářích. Při všech zásazích na sbírkových předmětech se dbá na zachování maximální autenticitu předmětu a veškeré postupy se dokumentují.
Struktura, rozsah a rozmanitost sbírek NTM odráží i velice široké spektrum ošetřovaných sbírkových předmětů a tím i použitých materiálů. Stačí si jen uvědomit, že k původním sbírkám, které dokumentovaly historii strojírenství, dopravy, elektrotechniky a stavitelství se přidružily další samostatné odbory, mapující další, specializované oblasti exaktních věd, fotografickou a filmovou techniku, hornictví, hutnictví až po informatiku, průmyslový design a zdravotní techniku. V důsledku to znamená velmi široký záběr restaurátorských pracovišť a klade to i vysoké nároky na odbornost a materiálové vybavení dílen a samotných pracovníků.