Dino Crisis 3 được đưa vào sản xuất vào giữa năm 2000, trong một sản phẩm do Kobayashi Hiroyuki chỉ đạo, với Mikami Shinji làm Giám đốc sản xuất. Đề xuất ban đầu là về một "bộ drama nhân văn" chủ yếu nằm trong một "cơ sở" không xác định trong một thành phố bị bao vây bởi những con khủng long di dời thời gian đang hoành hành, với việc người chơi giao với chiến khủng long cùng các cộng sự AI và trong đó các quyết định do người chơi đưa ra có thể làm thay đổi tiến trình của câu chuyện.[3] Capcom Production Studio 4 sau này đã loại bỏ môi trường thành phố và thay vào đó, người ta quyết định game sẽ được đưa lên một con tàu không gian trong tương lai.[4] Dino Crisis 3 luôn được coi là một tựa game độc quyền Xbox khi console này được đánh giá là tốt hơn trong việc kết xuất đồ họa so với PlayStation 2; Kobayashi Hiroyuki coi bản port PlayStation 2 của game là "không thể" làm được.[4][5]

HUD của trò chơi đã trải qua sự phát triển đáng kể vào năm 2002. Ban đầu, HUD được đặt ở góc dưới bên trái của màn hình, và hiển thị các chỉ số về nhiên liệu và cột máu của jetpack dưới dạng các đường, cũng như số lượng WASP có sẵn cho người chơi.[6] Bản thân hệ thống vũ khí khác với các game trước đó; Người chơi sẽ dựa vào một vũ khí chính với lượng đạn vô hạn, với tùy chọn chuyển sang các dạng đạn khác cho những đối thủ mạnh hơn sẽ bị hạn chế và phải tìm hoặc mua. WASP được thiết kế như một vũ khí phụ sẽ bay xung quanh bản đồ và cung cấp thêm viện trợ cho người chơi trong quá trình giao chiến.[5] Giống như trong Dino Crisis 2, người ta tập trung nhiều hơn vào việc mang đến cho người chơi niềm vui bắn khủng long hơn là bảo tồn vật phẩm và tránh chúng như trong Dino Crisis. Một tính năng mới nữa là cửa hàng đã được tạo ra cho trò chơi, như trong Dino Crisis 2 là nơi mà người chơi có thể mua đồ tiếp tế dựa trên số điểm tích lũy từ việc tiêu diệt khủng long. Tuy nhiên, trong phần này, người chơi có thể tích lũy một số hữu hạn, yêu cầu họ quay lại cửa hàng thường xuyên hoặc họ sẽ không nhận được thêm điểm nào nữa.[5] Trong quá trình phát triển camera, nhóm đã quyết định tận dụng tối đa sức mạnh của Xbox và biến nó thành 3D thay vì sử dụng các hình nền được dựng sẵn 2D như Dino Crisis 2 đã làm. Theo cách tương tự như Resident Evil Outbreak cùng lúc của Studio 1, các phòng được chia thành các khu vực mà một camera sẽ bám theo người chơi, sau đó cắt sang một camera khác khi người chơi rời khỏi khu vực.[5]

Biên tập kịch bản, Higuchi Shinji, đã đưa ra quyết định rằng môi trường chính, Ozymandias, sẽ có khả năng biến đổi, là một người hâm mộ lâu dài của mecha. Những ý tưởng như vậy cho bối cảnh xuất phát từ các bộ phim khoa học viễn tưởng, với bối cảnh quỹ đạo Sao Mộc đến từ bộ phim "Sayonara Jupiter!",[7] mà Higuchi từng làm trợ lý sản xuất. Một số mẫu thiết kế cho con tàu cũng đã được thực hiện trước Hội nghị Xbox Mùa hè 2002 và, theo nhà sản xuất Kobayashi Hiroyuki, một cuộc thi đã được tổ chức trong nhóm phát triển để chọn mẫu thiết kế để sử dụng cho game.[7] Do niềm đam mê với mecha này, 3CGI đặc biệt chú ý đến việc làm cho các đoạn phim cắt cảnh chuyển đổi của Ozymandias có vẻ thực tế hơn, với các bộ phận chuyển động được khóa tại chỗ.[7] Các nhân vật cũng được thiết kế dựa trên những xu hướng đậm nét khoa học viễn tưởng của Nhật Bản, và sự chú ý được dành cho đồng phục của đội SOAR. Ví dụ, một chuỗi biến đổi từ mũ đội đầu của Patrick đã được vẽ cẩn thận để cho thấy làm thế nào nó có thể được lưu lại trong bộ đồ của anh ta. Khác biệt với bộ đồ không gian của các thành viên khác, chiếc váy ngắn của Caren được thiết kế để tạo tiếng vang cho các thần tượng "nữ hoàng chủng tộc" Nhật Bản, và Mikami Shinji đã loại bỏ quần màu tím để phù hợp hơn với khái niệm đó. 3DCGI cũng đảm bảo đặt trọng tâm vào hoạt cảnh của nhân vật này, để chuyển động của ngực và trang phục của cô ấy trông thật hơn trong những đoạn phim cắt cảnh.[7] Các sinh vật cư trú ở Ozymandias được tiết lộ trong câu chuyện là giống lai khủng long-người biến đổi gen. Do đó, các nhà thiết kế sinh vật có thể tự do tạo ra các sinh vật theo cách họ muốn; điều này là giải phóng cho các nhà thiết kế, vì các nhóm Dino Crisis và Dino Crisis 2 có vấn đề với việc làm cho Therapods trở nên độc đáo. Một chủ đề phổ biến ở khủng long là chúng sẽ bị lộ da và có thể giải phóng điện như một loại hình tấn công.

Một đề xuất câu chuyện ban đầu tập trung vào sự xuất hiện của khủng long trong thế giới ngày nay, có thể là sự biến dạng thời gian mà Dino Crisis 2 đã ám chỉ với Kế hoạch Tàu lớn của Noah. Một hình ảnh gợi ý về cốt truyện này đã được Okamoto Yoshiki thể hiện khi ông công bố ba trò chơi Capcom tại thông báo Xbox ngày 16 tháng 5 cho E3 2001. Kobayashi chuyển dự án khỏi đề xuất thành phố và sang một thứ khác. Với lời đề nghị từ nhóm Flagship, do Sugimura Noboru lãnh đạo; Nakamoto Hiromichi; Yoshida Shin và Kanazawa Hiroaki, đã đồng ý rằng câu chuyện trò chơi được chuyển sang một môi trường tương lai trong không gian cho phép đưa ra những ý tưởng mới. Một số đoạn phim cắt cảnh dài năm mươi phút dựng sẵn được tạo ra cho game. Kamiya Makoto, a một đạo diễn phim chuyên nghiệp, được thuê để chỉ đạo công việc làm cho các yếu tố như góc camera trông giống như trong phim.[5]