Lần mở rộng thứ nhất trong 2 lần, được tiến hành vào những năm đầu thuộc thập kỷ 1930, hoàn thành vào những năm 1936. Đó là việc xây dựng thêm hai phòng trưng bày ở phía hai bên, thẳng góc về phía trước của những dãy tòa nhà cũ, nhằm đủ chỗ để cho việc trưng bày thêm những hiện vật mới đã được thu thập về trong những năm cuối như 1920, 1930 là một hiểu biết hay trong quá trình đi du lịch đà nẵng giá rẻ. Theo ý tưởng của Henri Parmentier, thì hiện vật được phân loại riêng để trưng bày theo nguồn gốc địa điểm về nơi chúng được phát hiện hoặc được khai quật. Không gian của toà nhà bảo tàng gần 1000m2 đã được nhà thiết kế bố trí thành những khu vực trưng bày, người ta tạm gọi tên với tên như sau: Phòng Mỹ Sơn - Quảng Trị, cùng Phòng Trà Kiệu, và Phòng Đồng Dương, Phòng Tháp Mẫm cùng các hành lang Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, hay Kon Tum. Ngoài ra còn có một phòng nhỏ riêng để làm kho. Cách bố trí không gian trưng bày này cơ bản và hiện tại đến nay vẫn được duy trì.
Lần mở rộng thứ hai là việc xây thêm một toà nhà hai tầng ở phía sau khu nhà cũ, với diện tích sử dụng khoảng 2.000 m2 dành cho việc trưng bày và hơn 500 m2 dành làm kho, xưởng phục chế và phòng làm việc. Tại tầng 1 của khu nhà mới này hiện trong du lịch đà nẵng giá rẻ đang trưng bày những hiện vật trước đó còn để trong kho và một số hiện vật sưu tầm được sau năm 1975. Tầng 2 trưng bày về văn hóa Chăm đương đại bao gồm sưu tập về trang phục, nhạc cụ và hình ảnh lễ hội của đồng bào dân tộc Chăm.
Trước năm 2007, Bảo tàng Điêu khắc Chăm là một bộ phận của cơ quan Bảo tàng Đà Nẵng. Ngày 02 tháng 7 năm 2007, Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng có Quyết định số 5070/QĐ-UBND về việc thành lập Bảo tàng Điêu khắc Chăm Đà Nẵng, là một đơn vị độc lập với Bảo tàng Đà Nẵng trong du lịch đà nẵng giá rẻ, trực thuộc Sở Văn hóa - Thông tin, nay là Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch trực thuộc thành phố Đà Nẵng.