Los trabajos de la tercera y última fase de obras para la rehabilitación de la fortaleza como Casa Museo Bonsor comenzaron a finales de noviembre de 2009.

La intervención realizada en los lienzos se centró en el frente sureste. Para homogeneizar la solería y el ancho de la escalinata principal, se amplía la escalera existente hasta el muro perimetral, según recoge el proyecto, ampliando así, la capacidad de la escalera.

También se abre una zanja perimetral a lo largo del exterior de la casa-museo a fin de ventilar los muros y secar las humedades que se producen por capilaridad. Durante la excavación, se intentan conservar, en la medida de lo posible, las tejas romanas o tégulas existentes para situarlas en su lugar de origen tras los trabajos.

La sala de exposiciones se encuentra en pendiente, por lo que existen dos cotas fácilmente distinguibles en cada una de los accesos. La primera intervención consiste en alzar la solería para igualar las distintas cotas al objeto de aumentar el espacio expositivo. En el transcurso de dichos trabajos se han producido dos hallazgos.

El primero de ellos, de tipo geológico, consiste en la afloración de la roca base de tipo alberiza sobre la que se asienta el castillo. El segundo descubrimiento, en este caso arqueológico, ha sido la aparición de dos nuevas troneras en el lienzo que cierra esta sala por el suroeste, que se descubren totalmente y se recuperan. En esta sala, está prevista la reposición del sistema de saneamiento y un nuevo trazado de la preinstalación del sistema de climatización.

Con objeto de reforzar y sanear las paredes de la torre del Duque, empiezan los trabajos de picado de solería y saneado de los paramentos verticales y de la techumbre, para su posterior enfoscado con mortero de cal y pintado. Al igual que en la casa museo, en torno a la muralla de la torre también se abre una zanja de ventilación que posteriormente será solada con baldosas hidráulicas.
Los trabajos se completarán con la instalación de un ascensor panorámico, parecido al del museo Reina Sofía de Madrid, además de la instalación de elementos de conservación preventiva y la finalización del proyecto museográfico, que definirá la situación de los vestigios.

La Oficina de Turismo, emplazada a pies del castillo, muestra durante estos días unos paneles informativos en alusión a los trabajos de rehabilitación. La exposición puede verse de 9:00 a 14:00 horas. La entrada es gratuita.

Aunque Bonsor rescató elementos de época romana y se plantea tradicionalmente el origen andalusí de la fortaleza, los elementos más antiguos conservados no parecen ser anteriores a la baja Edad Media.

A partir de un edificio de planta cuadrangular con torres en las esquinas se va desarrollando una fortaleza compleja, que en su último estadio presenta al menos dos líneas de antemuro y un poderoso foso.

Posteriormente, al abandono durante la Edad Moderna le seguiría la recuperación realizada por Bonsor a principios del s. XX, momento a partir del cual el castillo se mantiene como residencia familiar y museo.

El Castillo de Luna es Monumento Nacional desde el 22 de abril de 1949.