Bryan Singer begann bereits im November 2000 mit der Recherche zu verschiedenen X-Men-Comicstorylines, darunter der Legacy-Virus, um für die Fortsetzung einen glaubwürdigen 'menschlichen Bösewicht' zu finden.
Singer und Produzent Tom DeSanto stellten sich X2 als das Äquivalent zu Das Imperium schlägt zurück innerhalb der Filmreihe vor, in dem die Charaktere auseinandergerissen werden und wichtige Enthüllungen geschehen.
Drehbuchautor Zak Penn überzeugte Singer davon, die 'Dark Phoenix Saga' nicht bereits für diesen Film zu adaptieren, da das Filmuniversum erst noch etabliert werden müsse, und orientierte die Handlung stattdessen an der Graphic Novel God Loves, Man Kills von Chris Claremont.
In frühen Drehbuchfassungen kamen die Charaktere Angel und Beast vor, wurden aber wegen zu vieler Figuren gestrichen; ein Röntgenbild in einem von Strykers Labors erinnert noch an die geplante Verwandlung Angels zu Archangel.
Aus Budgetgründen strich Fox die geplanten Sentinels und den bereits von Guy Hendrix Dyas gebauten Danger-Room-Set, obwohl die Konstruktion mit einem rotierenden Kontrollraum-Propeller bereits fertiggestellt war.
Bryan Singer wollte von Anfang an Alan Cumming als Nightcrawler, doch dieser musste wegen Terminkonflikten zunächst absagen; erst weil die Entwicklung des Films sich so lange hinzog, konnte Cumming die Rolle schließlich doch übernehmen.
Neil Patrick Harris sprach für die Rolle des Nightcrawler vor, und auch Ethan Embry war zeitweise im Gespräch.
Halle Berry stieg aus ihrer Rolle in Gigli neben Jennifer Lopez aus, um erneut als Storm mitzuwirken; wegen ihres frischen Oscar-Gewinns für Monster's Ball wurde das Drehbuch zusätzlich überarbeitet, um ihr mehr Leinwandzeit zu geben.
Brian Cox wurde für die Rolle des William Stryker besetzt, weil Singer ein Fan seiner Darstellung von Hannibal Lecter im Film Manhunter war.
Tyler Mane sollte ursprünglich erneut als Sabretooth auftreten, die Figur wurde jedoch aus dem Drehbuch gestrichen.
Die später als Lady Deathstrike bekannte Figur hieß in Hayters ursprünglichem Drehbuch noch Anne Reynolds und basierte auf einer Assistentin/Attentäterin Strykers aus God Loves, Man Kills; Singer änderte sie in Deathstrike, da er eine weitere 'kick-ass'-Mutantin wollte.
Für Nightcrawlers Make-up, das an Zeichnungen von Adam Kubert angelehnt war, brauchte Alan Cumming vier Stunden Vorbereitung, für die Szene ohne Hemd sogar neun Stunden.
Rebecca Romijns Mystique-Make-up dauerte beim ersten Film noch neun Stunden, konnte für X2 aber auf sechs Stunden verkürzt werden.
Weil Patrick Stewart und Ian McKellen keine Ahnung vom Schachspiel hatten, wurde für die Dreharbeiten der Schachszene zwischen Xavier und Magneto extra ein kanadischer Schach-Großmeister für einen Tag ans Set geholt.
Bei den Dreharbeiten in Kananaskis, Alberta, gab es nicht genug natürlichen Schnee, sodass große Mengen an Kunstschnee eingesetzt werden mussten.
Kameramann Newton Thomas Sigel und zwei Stuntfahrer wären bei den Dreharbeiten zur Szene mit Pyros Auseinandersetzung mit der Polizei beinahe ums Leben gekommen.
James Bamford war ursprünglich Hugh Jackmans Stunt-Double für die Proben, verletzte sich jedoch; wegen seines Aussehens ließ Singer ihn stattdessen für einen Cameo-Auftritt als Gambit besetzen, der letztlich aus dem fertigen Film herausgeschnitten wurde.
Laut Alan Cumming begann Singer während der Dreharbeiten das Ensemble anzuschreien, woraufhin Halle Berry ihm entgegnete: 'You can kiss my black ass.' Cumming bezeichnete die Arbeit am Film später als 'schlechte Erfahrung'.
Dass Jean Grey sich am Ende opfert und in einem dritten Teil wiederauferstehen sollte, wurde streng geheim gehalten; Singer weihte Famke Janssen erst mitten in den Dreharbeiten ein.
Die Drehbuchautoren Michael Dougherty und Dan Harris haben Cameo-Auftritte als Chirurgen in Wolverines Rückblenden zu seiner Zeit bei Weapon X.
Komponist John Ottman verwendete für die Nightcrawler-Szenen ein Sample aus dem 'Dies Irae' von Mozarts Requiem als musikalische Grundlage.
Für die Tornado-Luftkampfszene entwickelte Rhythm & Hues Studios ein völlig neues Computerprogramm, während Cinesite mit einer 20-köpfigen Crew für die Cerebro-Szenen zuständig war.
Die Miniatur des Alkali-Lake-Staudamms war 25 Fuß hoch und 28 Fuß breit; insgesamt wurden für X2 rund 800 Spezialeffekt-Einstellungen erstellt, verglichen mit etwa 520 im ersten Film.
Als Mystique am Computer von Yuriko arbeitet, sind Akten zu Mutanten wie Gambit, Banshee und Sabretooth zu sehen, die im Film selbst sonst nicht auftauchen, aber aus dem X-Men-Universum bekannt sind.
X2 hatte mit 7.316 Kinoleinwänden weltweit den bis dahin breitesten Kinostart aller Zeiten und übertraf damit sogar Harry Potter und die Kammer des Schreckens, bis der Rekord im Folgejahr von Shrek der Dritte gebrochen wurde.
Der Film übertraf mit seinem Startwochenende Star Wars: Episode II – Angriff der Klonkrieger und stellte damit den besten Start eines 20th-Century-Fox-Films auf.
