Una versione iniziale del progetto iniziò nel 2004 come un cortometraggio IMAX 3D intitolato Godzilla 3D to the Max, avviato da Yoshimitsu Banno (regista di Godzilla contro Hedorah) prima di essere trasferito a Legendary Pictures nel 2009 e risviluppato come lungometraggio completo.
Legendary avrebbe fuso la sceneggiatura speculativa di Pacific Rim con il loro reboot di Godzilla e offerto il progetto a Guillermo del Toro per dirigere, ma del Toro ha pubblicamente negato qualsiasi coinvolgimento; in seguito ha diretto Pacific Rim come film separato e indipendente per lo studio.
La sceneggiatura è passata attraverso più sceneggiatori, tra cui la prima bozza di David Callaham, correzioni di sceneggiatura non accreditate da David S. Goyer, una riscrittura di Max Borenstein, una lucidatura di Drew Pearce per invecchiare i personaggi per il cast, e una riscrittura finale di Frank Darabont, con lavori aggiuntivi non accreditati di Tony Gilroy.
Legendary ha rifiutato una storia di origine in cui la carcassa di Godzilla sarebbe stata trovata sepolta in Siberia dopo aver appreso che Man of Steel aveva una scena potenzialmente simile.
L'esercito americano ha esaminato la sceneggiatura per l'accuratezza in cambio di assistenza alla produzione, e ha richiesto ai cineasti di cancellare un riferimento ai bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki.
Il ruolo di Ford Brody è stato apparentemente offerto a Joseph Gordon-Levitt nel 2012, ma ha declinato; Henry Cavill, Scoot McNairy e Caleb Landry Jones sono stati successivamente considerati prima che Aaron Taylor-Johnson fosse scelto.
Ken Watanabe era inizialmente scettico riguardo a un nuovo film Godzilla hollywoodiano ma ha accettato dopo che Gareth Edwards lo ha assicurato che l'elemento nucleare della storia, sensibile in Giappone, sarebbe stato rispettato; il personaggio di Watanabe Serizawa è nominato dal regista Ishiro Honda e dallo scienziato del film originale del 1954.
Bryan Cranston ha dovuto indossare una parrucca per le sue scene perché ha finito di girare Breaking Bad solo pochi giorni prima di iniziare Godzilla, e ha inizialmente considerato di declinare il ruolo, supponendo che il film sarebbe stato troppo sciocco.
L'attore originario della franchising Godzilla Akira Takarada è stato scelto come ufficiale dell'immigrazione, ma la sua scena è stata tagliata dal film finale, cosa che il regista Gareth Edwards ha definito il suo 'più grande rimpianto'; Takarada è ancora elencato nei titoli di coda.
La fotografia principale è iniziata a marzo 2013 a Vancouver con il titolo di lavorazione 'Nautilus', con location lì che fungevano da San Francisco, Tokyo, Honolulu e Filippine, e le riprese aggiuntive hanno avuto luogo a Honolulu, Hawaii a giugno e luglio 2013.
La Marina militare americana ha cooperato alla produzione, consentendo le riprese a bordo di tre portaerei (USS Carl Vinson, USS Nimitz e USS Ronald Reagan) e sulla USS Missouri a Pearl Harbor, mentre lo United States Marine Corps ha declinato di partecipare dopo aver esaminato una sceneggiatura che si concentrava su personale della Marina.
Aaron Taylor-Johnson ha subito un 'mini-bootcamp' militare guidato da un sergente maggiore dei Marines in pensione per raggiungere il giusto atteggiamento militare per il suo ruolo.
I sound designer Erik Aadahl e Ethan Van der Ryn hanno trascorso sei mesi nella produzione triennale del film perfezionando il ruggito di Godzilla, testando circa 50 versioni utilizzando microfoni ultra-sensibili, e hanno stimato che il ruggito finale potrebbe essere stato sentito a 3 miglia di distanza quando riprodotto attraverso un array di altoparlanti dei Rolling Stones.
L'attore motion-capture T.J. Storm ha interpretato Godzilla indossando una tuta punteggiata con una telecamera montata sul viso e una coda in schiuma, e non ha mai interagito con il regista Gareth Edwards o il cast poiché la fotografia principale era già conclusa al momento in cui la sua performance è stata registrata.
Andy Serkis ha consulto il lavoro motion-capture del film per aiutare a 'controllare le anime' delle creature, anche se si è unito dopo che il motion capture era già stato registrato.
Il regista Gareth Edwards ha citato il Godzilla originale del 1954, insieme a Lo squalo, Alien e Incontri ravvicinati del terzo tipo, come influenze chiave per l'approccio misurato e ricco di suspense del film, e ha inoltre tratto ispirazione dall'Akira di Katsuhiro Otomo per il design visivo.
Disastri del mondo reale come lo tsunami dell'Oceano Indiano del 2004, l'Uragano Katrina e il disastro nucleare di Fukushima hanno fortemente influenzato il realismo delle scene di distruzione del film.
Il successo al botteghino del film ha spinto Toho a produrre il proprio reboot di Godzilla, Shin Godzilla, uscito nel 2016, e ha portato Legendary a continuare con sequel che hanno formato una franchising Monsterverse condivisa.
