Darren Lynn Bousman, James Wan et Leigh Whannell avaient initialement décliné l'offre de réaliser un troisième film, mais après la mort du producteur Gregg Hoffman quelques semaines après la sortie de Saw II, ils se sont réunis autour d'un déjeuner et ont décidé de faire Saw III en hommage à lui, le film lui étant dédié.

Leigh Whannell voulait rendre Saw III plus émotionnel que les précédents, décrivant l'intrigue comme une véritable 'histoire d'amour' père-fille entre John Kramer/Jigsaw et Amanda Young.

Contrairement aux films précédents, les auteurs n'ont pas cherché à créer un twist final aussi marqué, Bousman estimant que la plupart des spectateurs devineraient l'issue dès les 15 premières minutes.

Le scénario a été volé sur la chaise de Bousman à un moment donné, mais il a été récupéré avant d'être divulgué en ligne.

Monica Potter, qui jouait Alison dans le premier film, a été approchée pour reprendre son rôle mais a décliné, estimant avoir déjà 'beaucoup donné' avec le premier opus.

Le rôle de Rigg (Lyriq Bent) a été considérablement réduit car l'acteur, occupé par le tournage d'Angela's Eyes, n'a pu tourner qu'une seule journée malgré les tentatives de l'équipe pour adapter son planning.

Bahar Soomekh, choisie après son apparition dans Crash (2004), n'était pas fan de films d'horreur et n'avait pas vu les deux premiers Saw ; elle a confié avoir fait des cauchemars durant le premier mois de tournage.

La production a emprunté le décor de la salle de bain utilisé dans Scary Movie 4, qui parodiait la franchise Saw.

Presque toutes les transitions entre les scènes ont été tournées en une seule prise sans effets numériques : par exemple, pour passer de la scène du crime de Troy au bain de Kerry, l'actrice Dina Meyer a dû courir, se déshabiller entièrement et sauter dans la baignoire.

Une scène montrant Jigsaw regrettant ses actes a été coupée au montage ; Tobin Bell s'en est dit satisfait, estimant que cela n'était pas nécessaire à la compréhension du personnage.

Pour la 'scène des porcs', jugée la plus difficile à tourner en raison du grand nombre d'éléments mobiles, les carcasses de porcs étaient fabriquées en mousse, caoutchouc et latex, recouvertes de vrais asticots désinfectés collés au miel.

Pour le piège du congélateur, un moulage du corps de l'actrice Debra Lynne McCabe a été réalisé, mais les normes de sécurité interdisant d'enfermer entièrement une personne, seul un moulage avant ou arrière pouvait être utilisé à la fois.

Le piège de la salle de classe (Troy) devait à l'origine le pendre au plafond par des crochets de boucherie, mais ce concept a été abandonné car le script exigeait qu'il puisse arracher lui-même les chaînes de sa chair.

L'affiche originale du film, montrant des dents suspendues à des fils de fer, ne correspond à aucune scène du film car elle reprenait un concept abandonné où le personnage de Troy devait être enchaîné par les dents plutôt que par la chair de ses membres.

Le nom de famille 'Reinhart' attribué au personnage de Jeff n'a jamais été officiellement confirmé dans le film ; il provient d'une modification apportée par un internaute sur IMDb, reprise ensuite par le public.

Lors de la scène d'opération de John par Lynn, on aperçoit furtivement le personnage d'Obi Tate, issu de Saw 2, marchant en arrière-plan d'un souvenir impliquant Jill Tuck.

L'équipe marketing de Lionsgate a fait imprimer 1 000 affiches contenant une petite quantité de sang réel de l'acteur Tobin Bell mélangé à de l'encre d'impression ; vendues 20 dollars, les recettes de l'affiche mise aux enchères ont été reversées à la Croix-Rouge, qui a organisé une collecte de plus de 23 000 dons de sang à cette occasion.

Le film n'a pas été projeté en avance pour la critique et a reçu des critiques majoritairement négatives, mais a connu un grand succès commercial, devenant le plus gros succès international et mondial de la franchise avec 164,8 millions de dollars de recettes.

En France, le film a été interdit aux moins de 18 ans par le ministre de la Culture Renaud Donnedieu de Vabres en raison de sa violence jugée insoutenable, une décision rare pour un film non pornographique, appliquée depuis Baise-moi en 2000.

Lors de projections au Royaume-Uni, cinq personnes se seraient évanouies dans différents cinémas, dont trois dans une même salle, nécessitant l'intervention d'ambulances.