Năm 1997, C2 Pictures mua quyền làm loạt phim Kẻ hủy diệt. Hai năm sau, Tedi Sarafian được thuê viết Kẻ hủy diệt 3: Kỷ nguyên người máy (T3), còn David C. Wilson được thuê viết Kẻ hủy diệt 4 (T4). Thoạt đầu, T3 lấy bối cảnh năm 2001 và trận chiến đầu tiên là giữa Skynet và loài người. T4 là tập tiếp của T3 và sẽ tiếp nối những gì đã diễn ra trong hai tập đầu tiên. Sau khi T3 công chiếu năm 2003, hai nhà sản xuất Andrew G. Vajna và Mario Kassar định ký hợp đồng với Nick Stahl và Claire Danes để hai người trở lại với vai John Connor và Kate Brewster trong tập phim mới, nhưng không thành công. Đạo diễn Jonathan Mostow giám sát phần kịch bản do John D. Brancato và Michael Ferris viết, dự trù sẽ bấm máy vào năm 2005. Ngay lúc đó, vai diễn của Arnold Schwarzenegger đã được đưa xuống hàng thứ yếu vì anh bận sự nghiệp chính trị. Hãng Warner Bros đồng ý tài trợ cho T4 như đã làm với T3. Năm 2006, Metro-Goldwyn-Mayer (MGM), nhà phân phối của bộ phim gốc Kẻ hủy diệt, nhận lời phát hành tập thứ tư. Tháng 5/2007, do có sự tranh chấp giữa Vajna và Kassar, quyền sản xuất bộ phim được trao cho hãng phim Halcyon Company. Tháng 7/2007, dự án bị vướng vào tranh chấp pháp lý giữa MGM và chi nhánh T Asset của Halcyon. MGM tuyên bố sẽ chỉ dành ra 30 ngày để thương lượng quyền phát hành hai tập phim Kẻ hủy diệt mới. Nhưng khi thương lượng đến T4, Halcyon bác bỏ bề nghị của MGM dẫn đến việc MGM rời cuộc họp. Thời hạn 30 ngày đã hết, MGM đồng ý gia hạn thương lượng. Halcyon đưa vụ việc ra toà để tìm nhà phát hành khác. Kết quả: Warner Brothers nhận quyền phát hành tại Bắc Mỹ trong khi Sony Pictures Entertainment phát hành ở nước ngoài.

Đạo diễn McG rất thích hai bộ phim đầu tiên. Ông thích đến nỗi đã mời diễn viên Robert Patrick (đóng vai T-1000) tham gia các bộ phim khác của mình. Rồi McG gặp đạo diễn James Cameron, đồng sáng tạo loạt phim Kẻ hủy diệt. Dù không có ý kiến về dự án nhưng Cameron cảnh báo McG những thách thức tương tự như ông đã gặp khi đi sau đạo diễn Ridley Scott trong việc thực hiện bộ phim Aliens. Trong trường hợp này, Cameron khuyên McG nên giữ lại hai yếu tố quan trọng của hai tập phim Kẻ hủy diệt trước: John Connor không dính líu gì đến chính phủ và phim phải có một nhân vật quan trọng trong tương lai cần được bảo vệ. Lần này là Kyle Reese. Kịch bản đầy đủ đầu tiên của T4 do John Brancato và Michael Ferris viết dựa vào phác thảo 100 trang của David C. Wilson. Sau đó Paul Haggis viết lại kịch bản của Brancato và Ferris rồi Shawn Ryan điều chỉnh lại lần nữa trước ngày bấm máy 3 tuần. Jonathan Nolan thêm thắt chút ít lúc phim đang quay. Anthony E. Zuiker cũng đóng góp ý kiến của mình về nhân vật chính John Connor. Nội dung phim được sửa đồi nhiều đến nỗi nhà văn Alan Dean Foster quyết định viết lại cuốn truyện của mình dù đã đưa cho nhà xuất bản. Trong bản thảo đầu tiên, John là nhân vật số hai, bị chết vào cuối phim, được Quân kháng chiến dùng da phủ lên thân thể người máy sinh học Marcus. Nhưng McG không đồng ý với diễn tiến như vậy mà muốn John là nhân vật chính, lãnh đạo lực lượng kháng chiến. Tựa đề đầu tiên của phim là Terminator Salvation: The Future Begins, nhưng phần đuôi sau đó bị bỏ bớt khi phim đang quay.

T4 khởi quay tại tiểu bang New Mexico, Mỹ ngày 5/5/2008, tại căn cứ không quân Kirtland của tiểu bang. Thật ra, các nhà làm phim định quay tại Budapest, nhưng họ rút lui vì mức thuế 25% quá cao đối với một bộ phim kinh phí 200 triệu USD. Để tránh ảnh hưởng bởi cuộc đình công của Hiệp hội diễn viên Mỹ (Screen Actors Guild) có thể diễn ra vào tháng 7/2008, tất cả cảnh quay bên ngoài phải hoàn tất trước ngày đó. Terminator Salvation quay xong phần thô vào ngày 22/8/2008 nhưng tháng 1/2009 phải quay bổ sung một số cảnh nữa. Trong quá trình quay phim, ngoài việc Bale bị nứt xương tay và Worthington bị thương ở lưng, kỹ thuật gia hiệu quả đặc biệt Mike Menardis gần như mất chân do một vụ nổ bất cẩn. Phần hậu kỳ, phim sử dụng kỹ thuật Technicolor's Oz. Trong quá trình làm phim, McG tham khảo ý kiến của nhiều nhà khoa học về cảnh quan thế giới sau thảm họa hạt nhân. Ông cũng xem lại bộ phim Cyborg Mad Max 2, bộ ba phim Star Wars và đọc cuốn truyện The Road. Đa số máy móc và robot trong phim do kỹ thuật viên Martin Laing thiết kế. Từng làm việc với hai bộ phim Titanic và Ghosts of the Abyss, Laing nghĩ ra loại robot nhỏ Aerostat như trung gian gửi tín hiệu cho những cỗ máy Harvester, vốn chậm chạp vì cao đến 18 mét. Harvester phải huy động đội ngũ Mototerminator để bắt con người rồi giam họ vào trong các robot vận tải Transporter. Binh đoàn hủy diệt của Skynet là những cỗ máy T-600 và T-700. Nhưng robot Hydrobot hình dáng giống con lươn mới là con chủ bài giúp Skynet chiếm lĩnh đất liền, biển cả và tầng cao. Stanley Winston được giao giám sát phần kỹ xảo điện ảnh, nhưng khi ông qua đời ngày 15/6/2008, trọng trách này được chuyển cho John Rosengrant và Charlie Gibson. Trong quá trình quay phim, có lúc Bale quát tháo đạo diễn hình ảnh Shane Hurlbut và dọa bỏ ngang dự án. Tháng 2/2009, đoạn băng ghi những lời chửi rủa của Bale được phát tán trên interenet khiến Bale phải công khai lên tiếng xin lỗi, đồng thời khẳng định đã giải quyết xong những dị biệt với Hurlbut. Nhạc sĩ Danny Elfman bắt đầu soạn nhạc nền cho T4 từ tháng 1.2008. Trước đó, McG định mời Gustavo Santaolalla hay Hans Zimmer làm việc này nhưng cả hai đều bận. Brad Fiedel, nhà soạn nhạc cho Kẻ hủy diệt và Kẻ hủy diệt 2: Ngày phán xét thì bị chê là "không thể làm mới chính mình".

Tháng 3/2009, nhà sản xuất Moritz Borman đệ đơn kiện công ty Halcyon Company, đòi bồi thường $160 triệu. Borman, người đứng trung gian dàn xếp chuyển quyền sản xuất các tập Kẻ hủy diệt còn lại cho Halcyon vào tháng 5/2007 nêu lý do kiện là hai người điều hành công ty - Derek Anderson và Victor Kubicek không chịu chia cho ông $2,5 triệu. Tuy nhiên, một tháng sau, Borman chấp nhận thoả thuận riêng giữa ba người.