Zack Snyder era scettico all'idea di un sequel, poiché nel primo film quasi tutti i personaggi principali morivano; fu l'annuncio di Frank Miller di un nuovo fumetto sulla Battaglia di Capo Artemisio a convincerlo ad approvare il progetto.

Durante la pre-produzione il film era titolato '300: Battle of Artemisium' (spesso riportato erroneamente come 'Battle of Artemisia'), prima di essere rinominato '300: Rise of an Empire' nel settembre 2012.

Zack Snyder avrebbe voluto dirigere il sequel ma scelse invece di sviluppare il reboot di Superman 'Man of Steel', restando solo come produttore e co-sceneggiatore; il candidato iniziale per la regia fu il co-sceneggiatore Kurt Johnstad, ma alla fine fu scelto l'esordiente Noam Murro.

Sullivan Stapleton ottenne il ruolo di Temistocle dopo che Joel Edgerton rinunciò alla parte.

Per i ruoli di Callisto ed Eschilo furono inizialmente contattati Jamie Blackley e Matt Smith, ma alla fine i ruoli andarono rispettivamente a Jack O'Connell e Hans Matheson.

Gerard Butler fu contattato dalla produzione per riprendere il ruolo di Leonida in un cameo, ma l'attore rifiutò.

Rodrigo Santoro dovette sottoporsi a molte ore di trucco e girare le sue scene in una stanza con green-screen senza interazione con il resto del cast, poiché Serse doveva apparire come un uomo molto più alto del normale.

Lena Headey girò tutte le sue scene nel ruolo della Regina Gorgo in soli 10 giorni.

Le riprese principali iniziarono il 7 luglio 2012 negli studi Nu Boyana Film di Sofia, in Bulgaria, e si conclusero il 12 ottobre 2012; le scene subacquee in green screen furono girate anche ai Leavesden Studios.

Gli effetti speciali furono realizzati dalla società Fractured FX, già collaboratrice di Zack Snyder, con una troupe di 50 persone; tutte le scene ambientate sull'acqua furono realizzate con il green screen.

A differenza del primo 300, nel film non compaiono creature mitologiche, una scelta voluta per rendere la pellicola più realistica e meno fantasiosa.

La colonna sonora fu composta da Junkie XL, che iniziò così una collaborazione duratura con Zack Snyder; il compositore studiò la strumentazione musicale persiana e greca antica per fonderla con sonorità elettroniche.

Nonostante le recensioni miste sul film nel complesso, l'interpretazione di Eva Green nel ruolo di Artemisia fu accolta positivamente dalla critica, con diversi recensori che la definirono l'elemento più interessante e capace di 'salvare' il film.

Il film suscitò discussioni negli Stati Uniti per presunte allusioni politiche, con paragoni tra una Sparta repubblicana guidata da un Leonida-Bush e un'Atene democratica guidata da un Temistocle-Obama; Snyder negò qualsiasi parallelismo intenzionale con la politica contemporanea.

Storici come Paul Cartledge e Tom Holland hanno criticato numerose inesattezze storiche del film, tra cui la morte di Dario per mano di Temistocle a Maratona (in realtà Dario non era presente e morì anni dopo di morte naturale) e la rappresentazione di Artemisia come schiava greca orfana, mentre storicamente era una regina che sopravvisse alla battaglia di Salamina.