Хотя создатель «Терминатора» Джеймс Кэмерон был заинтересован в режиссуре третьего фильма, в конечном итоге он не принимал участия в работе над «Терминатором 3».
Эндрю Г. Вайна и Марио Кассар, продюсировавшие «Терминатор 2: Судный день» через свою компанию Carolco Pictures, приобрели права на франшизу как на ликвидационном аукционе Carolco, так и в результате переговоров с продюсером Гейл Энн Хёрд. В 1999 году Теди Сарафян был нанят для написания первого варианта сценария. Мостоу присоединился к проекту в качестве режиссёра в 2001 году и пригласил Джона Бранкато и Майкла Ферриса для переписывания сценария Сарафяна.
Бюджет в 187 миллионов долларов включал зарплату Мостоу в 5 миллионов долларов и рекордные 30 миллионов долларов для Шварценеггера.
Съёмки проходили в Калифорнии с апреля по сентябрь 2002 года. Спецэффекты, как и в предыдущем фильме, создавали Industrial Light & Magic и Стэн Уинстон.
Премьера фильма «Терминатор 3: Восстание машин» состоялась 30 июня 2003 года в кинотеатре «Mann Village» в Вествуде, Лос-Анджелес, а 2 июля 2003 года он был выпущен в прокат компанией Warner Bros. Pictures в Северной Америке.
Фильм демонстрировался за рубежом всё лето, при этом основная часть международного проката была осуществлена Columbia Pictures. Фильм получил в целом положительные отзывы и собрал 433,4 миллиона долларов по всему миру, заняв седьмое место в списке самых кассовых фильмов 2003 года.
По совпадению, фильм был использован для официального вступления Шварценеггера в политику, поскольку предполагалось, что он станет предпосылкой для его губернаторских выборов в 2003 году. В 2009 году вышел сиквел, «Терминатор: Да придёт спаситель».