Modernisierung unter Karl V
König Karl V. (Regierungszeit 1364-80) befürwortete die Entwicklung des Louvre von einer Festung zu einer Residenz. Er beschloss, dreihundert Meter westlich des Louvre eine neue Anlage zu errichten und beauftragte seinen Architekten Raymond du Temple mit dem Umbau der Festung zu einem modernen Wohnhaus. Die Fenster in den Wänden wurden geöffnet, die oberen Teile erhöht und mit kunstvollen hohen Dächern versehen.
Der Louvre trug nun eine politische Botschaft. Statuen des Königs und seiner Frau, die über dem Eingangstor angebracht waren, begrüßten die Besucher. Diese Statuen sind vielleicht die, die sich heute in den Sammlungen des Museums befinden. Im Innenhof mussten die Besucher um den Bergfried herumgehen, um die große Wendeltreppe zu erreichen. Diese Treppe, die mit den Figuren der Verwandten des Königs geschmückt war, führte zu den Gemächern. Die Aufteilung der für die Königin und den König reservierten Räume, die im Nordflügel untergebracht waren, folgte einer komplexen räumlichen Anordnung. Sie reichte vom öffentlichsten Bereich (dem Saal) bis zum privatesten Raum (dem Rückzugszimmer oder chambre de retrait) und eignete sich gut für die Durchführung sehr aufwendiger königlicher Zeremonien.
Charles V. ließ im Louvre auch eine berühmte Bibliothek für seine Sammlung von rund tausend Handschriften einrichten. Sie war im Nordwestturm untergebracht und erstreckte sich über drei Stockwerke. Sie spiegelte den intellektuellen Ehrgeiz eines Königs wider, der als „der Weise“ bekannt war, und diente auch als Zentrum für die Verbreitung wichtiger Texte durch das Kopieren von Manuskripten, in Auftrag gegebene Übersetzungen und das Ausleihen von Büchern an andere Mitglieder der königlichen Familie. Diese Bibliothek wurde jedoch ab der Regierungszeit Karls VI. (1380-1422), in der der Louvre die schwierigste Zeit des Hundertjährigen Krieges erlebte, die insbesondere durch die englische Besetzung der Hauptstadt zwischen 1420 und 1435 gekennzeichnet war, schnell verstreut. Der Zeremonienhelm Karls VI., der in einem Brunnen des mittelalterlichen Schlosses zerbrochen aufgefunden wurde, stammt aus dieser unruhigen Zeit.
Der mittelalterliche Louvre ging bei der von der Renaissance geforderten Modernisierung des Schlosses weitgehend verloren und wurde zwischen 1528 und 1660 schrittweise dem Erdboden gleichgemacht. Während des Grand Louvre-Projekts in den 1980er Jahren wurden bei Ausgrabungen die Fundamente des verlorenen Schlosses freigelegt. Die Besucher können heute um die ehemaligen Gräben wandern, die Fundamente des Bergfrieds entdecken und den Saal besichtigen, der heute als „Salle Saint Louis“ bekannt ist.