Paramount Pictures acquisì i diritti cinematografici della saga di videogiochi Tomb Raider all'inizio del 1998, ma il film passò attraverso numerosissime bozze e sceneggiatori tra il 1998 e il 2000, causando notevoli ritardi di produzione.
La prima versione della sceneggiatura, scritta da Brent V. Friedman, doveva essere un film d'azione horror vietato ai minori, pieno di violenza esplicita e nudità femminile, ambientato attorno al Libro dei Morti egizio, ma fu scartata soprattutto per motivi di budget.
Diverse bozze scartate della sceneggiatura includevano trame molto diverse dal film finale, come la ricerca di El Dorado, della Biblioteca di Alessandria, dello Scudo di Achille nella tomba di Alessandro Magno, o addirittura creature aliene che rapivano e mettevano incinta Lara.
Il regista Simon West, insoddisfatto delle sceneggiature precedenti, riscrisse personalmente il copione partendo dalla versione di Patrick Massett e John Zinman, che riteneva la migliore, integrando elementi presi da tutte le altre bozze.
Il produttore Eidos Interactive impose limiti severi sul contenuto sessuale del personaggio: molte scene di nudo e di forte carica erotica presenti nelle bozze (come Lara completamente nuda dietro una tenda o intenta a usare il seno per schiacciare un millepiedi velenoso) furono eliminate per ottenere un rating PG-13.
Numerose attrici furono considerate o vociferate per il ruolo di Lara Croft, tra cui Jennifer Lopez, Catherine Zeta-Jones, Ashley Judd, Elizabeth Hurley e Sandra Bullock; Neve Campbell rifiutò la parte per impegni con la serie Party of Five.
Angelina Jolie indossava un reggiseno imbottito per aumentare il seno nel ruolo di Lara Croft, passando da una taglia 36C a una 36D per avvicinarsi alle proporzioni del personaggio nei videogiochi.
Jon Voight, che interpreta il padre di Lara nel film, è realmente il padre di Angelina Jolie nella vita reale.
L'attore inglese Daniel Craig adotta un accento americano per interpretare Alex West, mentre Angelina Jolie, attrice americana, adotta un accento inglese per il ruolo di Lara Croft.
Il film fu la prima grande produzione cinematografica girata in Cambogia dal 1964, anno di uscita di Lord Jim, dopo l'occupazione del paese da parte del regime dei Khmer Rossi.
Le scene ambientate in Siberia furono in realtà girate in Islanda, sul ghiacciaio Vatnajökull, il più grande d'Europa, dove il clima rigido e le improvvise precipitazioni resero le riprese particolarmente difficili; per queste scene furono impiegati 48 husky siberiani addestrati al traino delle slitte.
Il planetario meccanico visto nelle scene siberiane fu costruito in acciaio sopra una piscina con migliaia di litri d'acqua, e la sua realizzazione richiese settimane per far sì che i bracci dei nove pianeti in rivoluzione non si scontrassero tra loro.
Per la scena di distruzione del planetario furono usati esplosivi ad alto potenziale, stalattiti posizionate per crollare in punti precisi e un serbatoio da 200.000 litri d'acqua per creare un muro d'acqua; la sequenza, irripetibile, fu ripresa con 14 telecamere, una delle quali su un binario circolare a 360 gradi.
Il compositore Nathan McCree, autore delle musiche dei primi tre videogiochi Tomb Raider, fu inizialmente ingaggiato per la colonna sonora, ma Paramount insistette per assumere un compositore cinematografico affermato; dopo il passaggio di Danny Elfman e Michael Kamen (le cui partiture furono scartate), fu Graeme Revell a comporre in meno di dieci giorni la colonna sonora definitiva di sessanta minuti.
Il film fu finanziato tramite Tele München Gruppe (TMG), sfruttando un meccanismo di credito d'imposta tedesco (Section 48) che richiedeva riprese e attori britannici, motivo per cui parte della produzione si svolse a Pinewood Studios e a Hatfield House, usata come residenza di Lara Croft.
Il film debuttò al primo posto al box office con 48,2 milioni di dollari, superando il record di apertura per un film con protagonista femminile (prima detenuto da Scary Movie) e quello per un adattamento da videogioco (prima detenuto da Pokémon: The First Movie).
Per rispettare il rating PG-13/RPG12, Lara non uccide né ferisce alcun essere umano con le sue pistole nel corso del film, colpendo solo creature soprannaturali; fu inoltre tagliata una scena in cui Powell decapita il personaggio di Wilson, ritenuta troppo macabra.
