Cleveland Potash, som driver platsen nära Saltburn, sade att utvecklingen skulle säkra anläggningen i 40 år.
I planerna ingår att utvidga gruvan österut och uppgradera anläggningar för att öka produktionskapaciteten.
Vissa grupper har uttryckt oro över att utvecklingen skulle kunna ha en påträngande inverkan på det lokala området.
Företaget hoppas utöka sitt planeringstillstånd med North York Moors National Park Authority till 2063.
Cleveland Potash moderbolag Israel Chemicals Ltd (ICL) kommer att investera 300 miljoner pund i området under de kommande fem åren.
Förutom att finansiera utvecklingen av anläggningen i Boulby, kommer investeringen att gå till att uppgradera företagets Teesport verksamhet nära Middlesbrough, som exporterar kaliumklorid minerad i Boulby.
Ett av de första stegen kommer att vara att ersätta tornet på toppen av Boulby platsens stenschakt, som lyfter mineralet upp från gruvan.
Genom förnyelsen kommer malmmängden att öka till cirka 5,3 miljoner ton per år, en ökning med en miljon ton jämfört med det nuvarande maximibeloppet.
Gruvans underjordiska utrustning, som Cleveland Potash general manager Phil Baines beskrev som "ålders", kommer också att moderniseras.
Jean-Paul Baines sade: "Vår nuvarande kombination av kaliumkloridresurser och kaliumreserver uppgår till cirka 70 till 80 miljoner ton, men efter ett omfattande prospekteringsprogram förväntar vi oss att denna siffra kommer att öka betydligt under de senaste åren.
"Vår plan är att utvidga verksamheten österut parallellt med det område som arbetats under de senaste 40 åren, och effektivt tillhandahålla en ny gruva för de kommande 40 åren."
Planer för att förlänga en kaliumgruva i Boulby i East Cleveland förväntas skapa mer än 270 arbetstillfällen i slutet av 2015, ägarna sade.