Dopo il primo xXx del 2002, il regista Rob Cohen immaginava un franchise 'anarchico' con ambientazioni diverse in ogni film, senza personaggi ricorrenti a parte Xander Cage interpretato da Vin Diesel.

Vin Diesel rifiutò di partecipare al secondo film, xXx: State of the Union, perché non gli piaceva la sceneggiatura, sentendo che 'non sembrava xXx'; il personaggio di Xander Cage fu quindi fatto morire nel sequel per giustificarne l'assenza.

Nel 2006 Vin Diesel annunciò il suo ritorno come Xander Cage in un terzo film, il che richiese di retcon la morte del personaggio narrata nel secondo capitolo.

Il progetto del terzo film passò per diverse mani: prima doveva dirigerlo di nuovo Rob Cohen, poi Ericson Core, poi ancora Cohen, prima che il finanziamento passasse da Sony a Paramount Pictures e il progetto slittasse infine a D.J. Caruso come regista definitivo.

Il lottatore UFC Conor McGregor fu inizialmente scritturato per un ruolo nel film, ma abbandonò nell'aprile 2016 per concentrarsi sull'allenamento e sulla UFC; fu sostituito da Michael Bisping.

Il ruolo del principale antagonista Xiang fu inizialmente assegnato a Jet Li, che però lasciò il progetto nel febbraio 2016 e venne sostituito da Donnie Yen.

Ice Cube, protagonista del secondo film nel ruolo di Darius Stone, fu voce di corridoio per un ritorno nel terzo capitolo, cosa poi confermata ufficialmente solo nel gennaio 2017, a ridosso dell'uscita del film.

Le riprese principali iniziarono il 2 febbraio 2016, soprattutto negli studi Cinespace di Toronto e a Hamilton, in Ontario, per poi proseguire nei Pinewood Indomina Studios della Repubblica Dominicana e nelle Filippine.

In Cina il marketing di Paramount puntò molto su Donnie Yen, posizionandolo davanti a Vin Diesel su alcuni poster e sfruttando i video di Kris Wu su Weibo (il video musicale della sua canzone per la colonna sonora superò i 40 milioni di visualizzazioni prima dell'uscita del film); il film superò i 100 milioni di dollari in Cina in soli sei giorni, diventando il territorio con l'incasso più alto in assoluto per il film.