La serie fue concebida como una secuela alternativa de Terminator 2: La Rebelión de las Máquinas, ignorando por completo los eventos de Terminator 3. El productor James Middleton tuvo la idea tras el estreno de la tercera película, pensando en cómo podría regresar el personaje de Sarah Connor.

El título original iba a ser simplemente 'The Sarah Connor Chronicles', pero se añadió 'Terminator' para aprovechar el reconocimiento de la franquicia entre el público general, tras un debate en la preproducción.

El guionista Josh Friedman consideró inicialmente incluir a Kyle Reese como personaje regular viajado del futuro, pero James Middleton lo convenció de descartar la idea por ser demasiado confusa, lo que llevó a crear al hermano de Kyle, Derek Reese.

Lena Headey fue vista entre más de 300 actrices para el papel de Sarah Connor antes de ser elegida en noviembre de 2006, tras ser recomendada por un amigo de Friedman.

La elección de Lena Headey generó controversia entre fans y críticos porque, según ellos, no se parecía físicamente a la Sarah Connor musculosa que Linda Hamilton interpretó en Terminator 2.

Summer Glau casi no audicionó para el papel de Cameron porque sentía que no tenía 'el aspecto de Terminator', y no había visto ninguna película de la saga antes de ser elegida.

Shirley Manson, cantante de la banda Garbage, hizo su debut como actriz en la serie interpretando a Catherine Weaver en la segunda temporada, tras ser recomendada por ser amiga de la esposa de Josh Friedman.

Arnold Schwarzenegger nunca apareció en la serie; Josh Friedman se mostró contrario a incluir actores de las películas originales, prefiriendo que el programa se sostuviera por sí mismo.

La producción de la primera temporada se vio afectada por la huelga de guionistas de Hollywood de 2007-2008, lo que redujo el pedido inicial de 13 episodios a solo 9.

Por razones legales relacionadas con los derechos de la franquicia, la serie no pudo reutilizar el endoesqueleto del T-800 de las películas, por lo que se diseñó un nuevo modelo llamado T-888.

La icónica escena de la masacre del motel en el final de la primera temporada fue filmada íntegramente desde el fondo de una piscina, con los cadáveres de los agentes del FBI siendo arrojados al agua mientras Cromartie permanecía fuera de cámara; la idea, inspirada en la serie Rescue Me, sorprendió al elenco cuando Friedman la propuso en la sala de guionistas.

El compositor Bear McCreary grabó sonidos metálicos como latas de aceite, tambores de ballena, cadenas y yunques para crear una biblioteca propia de percusión metálica utilizada en la partitura de la serie.

Por razones económicas, el tema principal original de la saga Terminator, compuesto por Brad Fiedel, solo se usa brevemente en la serie, principalmente durante la secuencia de títulos.