Le riprese sono durate tre mesi e mezzo, con set girati a Hong Kong, Santorini e nel Galles del Nord (Llyn Gwynant, usato per raffigurare la Cina continentale), oltre a due settimane in Kenya (Amboseli e Hell's Gate); il resto è stato girato in teatri di posa nel Regno Unito.

La scena ambientata a Shanghai non è stata girata sul posto, ma interamente ricostruita su un set.

Il film ha utilizzato la nuova Jeep Wrangler Rubicon 2003 come parte di una campagna pubblicitaria di Jeep: il veicolo è stato personalizzato dal team di design Jeep insieme agli scenografi del film e ne sono state costruite tre copie per le riprese, oltre a 1.001 modelli in edizione limitata messi in vendita in coincidenza con l'uscita della pellicola.

Nonostante l'importanza data alla Jeep Wrangler Rubicon nella campagna promozionale, il veicolo di Lara ha avuto in totale meno di due minuti di tempo sullo schermo nel film finito.

Il regista Jan de Bont ha dichiarato di non aver avuto un'esperienza positiva sul film, lamentando le continue ingerenze dello studio e il fatto che i creatori del videogioco avessero anch'essi voce in capitolo sulla trama e sul cast, senza che gliene fosse stato detto nulla in anticipo.

Jan de Bont ha descritto Angelina Jolie come un personaggio molto interessante con cui lavorare, definendola una persona dal carattere difficile ma non negativo, con cui alla fine ha instaurato un buon rapporto.

Circolò la voce, poi smentita, che Angelina Jolie non avrebbe ripreso il ruolo di Lara Croft e che sarebbe stata sostituita dall'allora sconosciuta Kelly Brook.

Jon Voight, padre di Angelina Jolie e interprete del padre di Lara nel primo film, dichiarò in alcune interviste di essere stato richiamato per il sequel nei panni di Richard Croft, ma la notizia fu poi smentita.

La produzione del film iniziò già alla fine del 2001, pochi mesi dopo l'uscita del primo capitolo.

La colonna sonora del film è stata composta e diretta da Alan Silvestri ed eseguita dalla Sinfonia of London.

Paramount attribuì il flop del film al pessimo andamento del videogioco Tomb Raider: The Angel of Darkness, uscito solo un mese prima nonostante fosse incompleto e pieno di bug, tanto che il senior executive di Eidos Interactive Jeremy Heath-Smith si dimise pochi giorni dopo l'uscita del gioco.

Angelina Jolie ricevette una candidatura al Razzie Award come peggior attrice per la sua interpretazione in questo film.

Dopo il deludente incasso del film rispetto al predecessore, i piani per un terzo capitolo furono abbandonati quando Angelina Jolie annunciò di non voler più interpretare Lara Croft.