1910년 일본 건축사학자 세키노 다다시(関野貞)의 실측 조사를 마친 석탑의 보존 공사는 교란된 1층부와 석축 등을 정비하고 2층 이상 무너져내린 부분에는 그대로 콘크리트를 보강한 응급보수 개념이다. 당시 6층까지 남아있던 탑의 높이는 약 14.2m, 기단 전체 폭은 약 12.5m다. 석탑 1층 내부 十(십)자형 공간 천장이 보강됐다.
콘크리트 노후화에 의한 추가 붕괴를 우려한 국가문화재위원회의 1999년 4월 해체보수정비 결정에 따라 전라북도는 그해 5월부터 2001년까지 가설덧집 설치, 사업단 구성, 기초조사 등 미륵사지석탑보수정비 준비를 마쳤다. 국립문화재연구소는 이후 2001년 10월부터 올해 3월까지 해체보수정비를 추진했다.
연구소는 2001~2014년 석탑해체조사, 사리장엄구 수습, 학술조사연구, 석탑 보수설계, 수습유물 분석조사, 보수공사, 기초보강 등의 과정을 거쳤다. 해체된 콘크리트 무게만 약 185t이다.
당시 보존과학적 조사로 2002~2010년 기상환경 측정, 부재 상태 및 풍화도조사, 2002~2003년 생물 침해도 및 처리제 연구, 2003년과 2010년의 채석 산지 및 공급지 조사, 2019년 지초부 토층 성분 분석 등이 이뤄졌다.
최장기 연구와 수리가 진행된 익산 미륵사지 석탑 보존 사업에는 총 230억원이 들어갔다. 2007년 완료될 계획이었으나, 주요 문화재임을 고려한 신중한 해체와 백제 건축기술 학술연구의 병행으로 2017년 말까지 연장됐다. 2017년 12월 6층까지 수리가 이뤄졌고 2018년 7월 임시 개방했다.
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