Режиссёр Брайан Сингер покинул проект в июле 2004 года, чтобы снимать «Супермена» для Warner Bros., признав, что в то время он «не полностью держал в голове Люди Икс 3».
Первоначальная обработка Сингером вместе с авторами X2 Дэном Харрисом и Майклом Дохерти сосредоточивалась на воскрешении Джин Грей и должна была представить злодейку Эмму Фрост, роль, которая предназначалась для Сигурни Уивер.
Несколько известных режиссёров отклонили предложение снимать этот фильм, прежде чем был нанят Бретт Рэтнер, включая Дэррена Аронофски, Джосса Уидона (который вместо этого интегрировал его комиксовый сюжет «Одарённые» в сценарий), Зака Снайдера, Питера Берга и Гильермо дель Торо.
Мэтью Вон был первоначально нанят в качестве режиссёра и кастировал Келси Грэммера, Данию Рамиреса и Винни Джонса, но отказался из-за семейных проблем и опасений по поводу жёстких сроков Fox; в 2023 году он также сказал, что ушёл после того, как руководители попытались подписать Халле Берри, используя поддельный сценарий.
Циклоп Джеймса Марсдена был убит в начале фильма именно из-за конфликта расписания с «Суперменом», что также привело к тому, что Марсден, редактор Джон Оттман и авторы Харрис и Дохерти покинули франшизу «Люди Икс».
Чэннинг Татум рассматривался на роль Гэмбита, прежде чем персонаж был в конечном итоге полностью исключён из фильма.
Ночной Змей Алана Камминга был вырезан из сценария, потому что студия считала, что его минимальная роль не оправдывает долгий и дорогостоящий процесс создания протеза, который ему было неудобно наносить во время работы над X2.
Эллиот Пейдж первоначально отклонил роль Китти Прайд, не желая окунаться в голливудский кинематограф, но передумал после прочтения сценария и желания получить опыт игры в роли супергероя.
Плотное расписание Иэна Маккеллена, совмещающего работу над «Кодом да Винчи» и театральную работу в Лондоне, потребовало отдельного съёма его в Англии перед цифровым наложением его на ванкуверские декорации.
Обе финальные сцены были засекречены и не включены в рабочий сценарий; Рэтнер снял пост-кредитную сцену Ксавьера с небольшой группой во время обеденного перерыва, а затем отправился в Лондон, чтобы снять Магнето в парке.
В интервью 2017 года в период движения MeToo Эллиот Пейдж обвинил режиссёра Бретта Рэтнера в том, что он раскрыл его ориентацию как лесбиянку на встрече актёрского состава и съёмочной группы во время производства, что подтвердила его коллега Анна Паквин.
Руководитель визуальных эффектов Джон Бруно распределил 900 кадров эффектов между одиннадцатью компаниями в четырёх странах, делая упор на практические эффекты и используя CGI только при необходимости, включая летную установку Cirque du Soleil для воздушных трюков Ангела и Шторм.
Сцена на Золотых воротах потребовала примерно одной шестой всего бюджета эффектов и объединила физический макет, снимавшийся в течение двух месяцев в Санта-Кларите, с CGI, поскольку настоящий мост и Сан-Франциско не могли быть использованы или сняты с воздуха.
Техника под названием «цифровая пересадка кожи», разработанная компанией Lola Visual Effects, была использована для цифрового омоложения лиц Патрика Стюарта и Иэна Маккеллена.
Композитор Джон Пауэлл завершил оркестровку «Ледникового периода: Эпоха таяния» раньше, чтобы он мог принять предложение написать музыку к фильму «Последняя битва», и включил музыкальные отсылки к партитурам предыдущих двух фильмов, а также текст из «Реквиема» Бенджамина Бриттена для хоровых партий темы Феникса.
Руководители студии Томас Ротман и Джим Джановолос обсуждали, должна ли Роуг поцеловать или просто держаться за руки с Айсменом в конце фильма, в конечном итоге показав обе версии своим дочерям и сотрудницам отдела маркетинга, прежде чем выбрать вариант со сцепленными руками.
При бюджете в 210 миллионов долларов «Люди Икс: Последняя битва» стали самым дорогим фильмом, когда-либо снятым на момент выхода в прокат, рекорд которого был побит позже в том же году картиной «Пираты Карибского моря: Сундук мертвеца».
