映画の宣伝には1億から1億5,000万ドルの費用が投じられたとされている。2017年6月、『キングコング: 髑髏島の巨神』の公式Twitterが作品世界における怪獣発見の時系列を示した映像を公開した。同年のサンディエゴ・コミコンではモスラの卵と幼虫の石の彫刻のイメージが公開された。2018年7月12日、ゴジラが天空に向かって放射熱線を放つイメージとミリー・ボビー・ブラウン、ヴェラ・ファーミガのシーンが公開された。同月18日にはブラウンが登場する予告編が公開され、同時に劇中に登場する特務機関モナークのウェブサイト上に怪獣に関する情報が掲載された。10月にはグラフィック・ノベル『Godzilla: Aftershock』が2019年春に発売されることが発表された。同月、レジェンダリー・コミックスはロサンゼルス・コミコンで「Godzilla: Secrets of the MonsterVerse」を開催した。11月にはドハティが東京コミコンに出席し、新しい予告編の一部とゴジラ、モスラ、ラドン、キングギドラのモンスターアーツ・フィギュア及びコンセプトアートが公開され、同月に新国際版聖書の第41章の33節と34節が書かれた新しいゴジラのイメージ画像が公開された。2018年12月上旬、ラドン、モスラ、キングギドラのティーザー・クリップが公開され、12月9日にはComic Con Experienceで新しい予告編が公開された。同月10日には最初のティーザー・ポスターとCCXP予告編が公開され、13日にはラドン、モスラ、キングギドラのキャラクターポスターが公開された。2019年1月にドハティはTwitterでキングギドラの新しいビジュアルを公開した。同年2月には中国の春節に合わせてゴジラ、ラドン、モスラ、キングギドラの新しいキャラクターポスターが公開された。
2018年7月21日、ドハティはベアー・マクレアリーが音楽を担当し、伊福部昭が作曲した「ゴジラのテーマ」を盛り込んで映画音楽を作曲することを明らかにした。予告編第1弾にはクロード・ドビュッシーの『ベルガマスク組曲』第3曲「月の光」、予告編2弾ではブライス・ミラーが編曲した「虹の彼方に」、IMAXプレビューでは「誰も寝てはならぬ」がそれぞれ使用された。11月に開催された東京コミコンでマクレアリーが作曲した「ゴジラのテーマ」が予告編と共に公開された。日本語吹替版では［ALEXANDROS］が作曲した「Pray」が主題歌として使用されている。本作のエンドタイトルの一曲目はブルー・オイスター・カルト作の「ゴジラ」である。メンバーであるドナルド・ローザーとエリック・ブルームは1998年の『GODZILLA』で本作が使用されなかったことに対して「Nozilla」というパロディ・ソングを作った。
2017年6月19日からジョージア州アトランタで主要撮影が開始され、ワーキング・タイトルは「Fathom」と名付けられた。ドハティは特殊効果とトム・ウッドルフ・ジュニアのクリーチャー・デザインによって映画が実践的なものになるだろうと語り、モスラ、ラドン、キングギドラが登場することを確認した。撮影監督にはローレンス・シャーが起用された。映画の一部は8月19日から22日にかけてメキシコシティのヒストリックセンターで撮影された。ドハティは9月27日に撮影が終了したことを発表した。視覚効果はムービング・ピクチャー・カンパニー、DNEG、Method Studiosが担当しており、ギヨーム・ロシュロンが統括している。2018年11月にドハティはポストプロダクションが終了したことを公表した。彼によると、当初のカットでは上映時間が3時間ほどになっていたという。
2017年1月、ミリー・ボビー・ブラウンの出演が発表され、2月にはブラウンの両親役としてカイル・チャンドラー、ヴェラ・ファーミガが出演することが発表された。3月にオシェア・ジャクソン・Jrが出演交渉中であることが報じられ、4月にはアイシャ・ハインズが起用された。5月にアンソニー・ラモス、ランディ・ハヴェンス、トーマス・ミドルディッチ、チャールズ・ダンスの起用と前作に出演したサリー・ホーキンスの続投が発表された。この時点で渡辺謙の続投は明らかになっていなかったが、後に彼の続投が発表された。6月にブラッドリー・ウィットフォードとチャン・ツィイーの起用が発表され、チャンは「重要な役」を演じることが報じられた。7月にエリザベス・ラドローの出演が発表された。2018年4月にジェイソン・リーズ、アラン・マクソン、リチャード・ドートンがキングギドラの頭部のモーションキャプチャを務めることが発表され、リーズが中央、マクソンは右側、ドートンは左側の頭部を演じ、胴体は他の俳優が演じる。また、リーズはラドンのパフォーマンスキャプチャも担当している。
2014年9月、ボレンスタインが『GODZILLA ゴジラ』に引き続き脚本を担当することが発表された。彼は続編について、「第1作への反応は本当に興奮しました。現在、世界観は確立されており、私たちはより大きく、より良いものを作ることができます」と語っている。『キングコング: 髑髏島の巨神』のプロモーション中、彼は続編でやりたいことの一つとして、観客が感情移入できる内容にすることと語っている。
2013年度からは平日午前7時台にこれまで情報ワイド番組『チェックタイム』を行っていた時間帯に新たに『TOKYO MX NEWS』の朝刊版を、さらに12時台の放送も12:00-12:15の15分枠での編成となった。これに伴い12:55からの5分枠と9:59からの1分枠のスポットニュースが廃止され、8:59、10:59、12:59に各々1分ずつのスポットニュースが2時間おきに新設された。これにより平日（金曜日を除く）は、スポットニュースが4回放送される。平日夜間は2012年9月で廃止となった20時台の放送を再開、深夜も基本的に20時台の放送を再放送するようになった。朝は、前身番組『チェックタイム』でサブキャスターを務めた村上幸司と、フリーアナウンサー魚住咲恵がメインキャスターを務めた。また、『チェックタイム』から芸能情報と「TOKYOインフォメーション」を引き継いだ。また、平日夕方と夜間は引き続き中谷隆宏と、3月まで土曜日担当だった近藤麻智子がメインキャスターを務めた。平日の朝、正午のニュースでは鉄道情報と道路交通情報が強化されている。朝は鉄道情報リポーターが都内のターミナル駅等から中継出演し、鉄道情報と気象情報を伝えた。正午は番組の中盤で道路交通情報と共に伝えた。各曜日の特集は改編前の3月下旬からリニューアルし、月曜日は「東京ITニュース」時代から長らく続いていた「よくわかるIT」が終了し、首都圏の鉄道に関する様々な情報を伝える「首都圏レールトピックス」が、水曜日は東京の最新流行を取り上げる「東京トレンド」が新設された。これによって、TOKYO MXにおけるニュース・報道番組はすべて『TOKYO MX NEWS』のブランドに統一された。10月改編では放送時間に変更は無く、夕方のコーナーが変更された。月曜日のコーナーは「首都圏レールトピックス」に替わり、首都圏の様々な乗り物に関する特集「週刊トランスポート」が新設された。また、平日夕方の帯コーナーであった「昼間のパパ」が終了し、防災・減災に役立つ情報を伝える「防災・減災マメ知識」が新設され、平日朝にも放送されるようになった。