Die zweijährige Sanierung des Babylon begann 1999. Sie kostete zehn Millionen Mark und wurde hauptsächlich von der Bundesregierung finanziert. Für die Bestuhlung und die technische Ausstattung wurden Lotteriefördermittel in Höhe von zwei Millionen Euro eingesetzt. Das Dach und die Decke des großen Saals wurden saniert. Holzbalken in der Decke, die das Gewicht nicht mehr tragen konnten, wurden durch Stahlträger ersetzt und ein neues Dach darüber errichtet. Die Fassade des Gebäudes wurde ebenfalls restauriert.
Ziel der Restaurierung war es nicht, das Gebäude so wiederherzustellen, wie es zu einem bestimmten Zeitpunkt aussah, sondern verschiedene Elemente aus der Geschichte des Gebäudes zu erhalten. Das Foyer wurde in den Zustand versetzt, in dem es sich bei der Eröffnung des Gebäudes im Jahr 1928 befand, und der Zuschauerraum wurde im Stil von 1948 renoviert, mit Plüschbestuhlung, Stuck und vergoldeten Details. Das Gebäude wurde ursprünglich sowohl als Kino als auch als Theater genutzt und verfügte daher über einen hinteren Bühnenbereich hinter der Leinwand. Dort wurde im Zuge der Restaurierung ein neuer, kleinerer Zuschauerraum errichtet. Der Orchestergraben des großen Saals wurde restauriert, so dass ein Kammerorchester bei Stummfilmvorführungen Live-Musik spielen kann. Im Jahr 1999 wurde die 70 Jahre alte Kinoorgel von J. D. Philipps restauriert. Sie ist die einzige Kinoorgel in Deutschland, die noch an ihrem ursprünglichen Standort gespielt wird.
Im Mai 2001 fand die Wiedereröffnung des Kinosaals mit dem Film Othello von Orson Welles statt. Im Jahr 2002 wurde der Verein „Berliner Filmkunst Babylon“ von der Deutschen Stiftung Denkmalschutz mit der „Silbernen Halbkugel“ ausgezeichnet. Die Architekten Joachim Roemer und Klaus Meyer-Rogge wurden für die Rettung eines „Schlüsselbaus der Kinoarchitektur“ geehrt.
Das Babylon ist Veranstaltungsort für die Internationalen Filmfestspiele Berlin (Berlinale). Die restaurierte Kinoorgel wurde am 26. Mai 2001 mit der Vorführung von „Der Golem: Wie er in die Welt kam“ wieder in Betrieb genommen. Es folgte eine Reihe von Stummfilmkonzerten mit dem Pianisten Stephan von Bothmer.
Im Jahr 2009 forderten einige Mitarbeiter, die Mitglieder der anarchosyndikalistischen Freien Arbeiter-Union (FAU) waren, höhere Löhne und bessere Arbeitsbedingungen. Ende Juli 2009 rief die Berliner Sektion der FAU zu einem Boykott des Kinos auf. Die Gewerkschaft Ver.di unterzeichnete mit den Beschäftigten einen Tarifvertrag, der am 1. Januar 2010 in Kraft trat. Im Jahr 2009 führte der Betreiber des Kinos einen Rechtsstreit mit der FAU über deren Recht, sich als Gewerkschaft zu bezeichnen. Im Oktober 2009 entschied das Arbeitsgericht Berlin-Brandenburg, dass die FAU das Recht hat, Tarifverträge auszuhandeln. Eine vom Kammergericht Berlin im Dezember 2009 erlassene einstweilige Verfügung verbot der FAU Berlin bis auf Weiteres, sich als Gewerkschaft zu bezeichnen. Diese wurde im Juni 2010 vom Kammergericht aufgehoben.