O núcleo sede do Museu de Sines e a Casa de Vasco da Gama, instalados nos edifícios interiores do Castelo, acabados de restaurar, foram inaugurados no dia 24 de Novembro de 2008.
Desde 25 de Fevereiro de 2010, o rés-do-chão do Paço dos Governadores Militares acolhe a exposição "O Seio de Tétis: Colecções de Arqueologia do Museu de Sines".
Desde 2011, o 1.º andar do edifício recebe a exposição "Com Conta Peso e Medida".
Através de um conjunto de instalações multimédia, a Casa de Vasco da Gama, na Torre de Menagem, mostra-nos a biografia do navegador, os espaços onde habitou no Castelo e o contributo da viagem pioneira do Gama para a nossa visão do mundo.
Além do Paço dos Governadores Militares e da Torre de Menagem, todos os outros edifícios do Castelo passam a funcionar como apoios do museu, como destaque para o serviço educativo e a cafetaria.
O funcionamento dos novos equipamentos apresenta novidades a nível de conservação e segurança dos objectos, comunicação, recursos humanos e acessibilidade.
A recuperação dos edifícios interiores do Castelo envolveu um investimento de 900 mil euros, co-financiado por fundos comunitários do FEDER, através do Plano Operacional da Cultura, e contou com a colaboração científica do Igespar - Instituto de Gestão do Património Arquitectónico e Arqueológico.