For å gi plass til voksende samlinger av gjenstander og bygninger ble tomten utvidet og en ny museumsbygning reist i 1914. Samtidig begynte innsamlingen av byhus til «Gamlebyen» i friluftsmuseet. Etter en arkitektkonkurranse i 1919 ble det store anlegget rundt museets torg reist i årene 1934–38. I de følgende årene ble friluftsmuseet kraftig utbygget med ambisjonen om å vise komplette gårdstun fra 15 regioner i Norge, en plan som aldri ble fullført.