シュワルツェネッガーとキッキンガーが今回、CGにて演じたT-800は試作品であり、T1、T2で登場するT-800とは異なる。試作品といってもT-600などの旧式のターミネーターとは違って動きが非常に人間的であり、暴走するT-600を素手で破壊するほどの攻撃力を保有している、変声装置を使って標的をおびき寄せる等の知能を持ち、作品の舞台となる2018年では最新鋭の高性能ターミネーターである。このT-800は2018年にはこのたった一体のプロトタイプしか製造されておらず、劇中で見られた生産ラインで製造されていたのはその前身であるT-700である。本作でジョン・コナーの手によってターミネーターの生産工場が爆破されたため、T-800量産計画が8年も遅延することになった。これに関連して、劇中でジョンがT-800の開発時期について「予想以上（サラから聞いていたよりも早い）」と呟くシーンがあるが、これは歴史が変わったわけではない。前述の生産工場爆破によってT-800量産化が遅れたという歴史を、カイルが「2026年に量産化された」とだけサラに伝えたことによって生じた誤解であった。なお、「T3」にてジョンはT-800の顔に愛着があるということが判明しているが、今作ではT-800には躊躇なく銃撃をしている。これは、「T3」でT-850から「ジョンはT-800の顔に愛着があり、彼の暗殺には（T-800の顔と酷似した顔をした）私が選ばれた」と聞かされていたため、ジョンがT-800に動揺しなくなったためとされる。なお、シュワルツェネッガーが演じたT-800が、敵として登場するのはT1以来となる。
本作に関して、ジェームズ・キャメロンがアドバイスを与えたという報道が一部にあったが、キャメロン本人はこの報道を否定している。ただし、McGは完全に非公式な物と断った上で、キャメロンに個人的に相談をしてアドバイスを貰ったことと、サム・ワーシントンの起用は既に『アバター』の主演に抜擢していたキャメロンの推薦による物だったことを明かしている。第1作からシリーズ全作で特殊メイクを担当したスタン・ウィンストンは撮影中の2008年6月15日に他界したため、ウィンストンの遺作となった。McG監督はエンドクレジットで本作品をスタン・ウィンストンに捧げている。
ジョン・コナー役にクリスチャン・ベール、本作のキーパーソンとなるマーカス・ライト役にサム・ワーシントン、カイル・リース役にアントン・イェルチンが決定。2008年5月にクランクインし、本格的に製作が開始された。ジョンと共に「審判の日」を生き残ったケイト・コナー（T3ではケイト・ブリュースター）役は、当初シャルロット・ゲンズブールが演じる予定だったが間もなく降板。代役としてブライス・ダラス・ハワードがキャスティングされた。シュワルツェネッガーに続く注目のターミネーター（T-800）役は、奇しくもシュワルツェネッガーと同じオーストリア生まれで同じくボディビルダー出身のローランド・キッキンガーに決定した。しかし最終的には顔がデジタル合成で若い頃のシュワルツェネッガーに差し替えられている。
シュワルツェネッガーがハルシオン・カンパニーに自身の肖像権の使用を許可している事実や、インタビューでMcGがシュワルツェネッガー出演の可能性をほのめかしたことから、キッキンガーとは別にシュワルツェネッガーもターミネーター役で登場するのではないかと噂された。後に、監督のMcGからシュワルツェネッガーの出演が発表され、サンフランシスコのILMで若いシュワルツェネッガーの映像を再構築していることが明かされた。劇場公開直前には、シュワルツェネッガーの登場場面の詳細が明かされた。
シリーズを通じてターミネーター（T-800・T-850）役を演じてきたシュワルツェネッガーは、2003年のT3公開直後、カリフォルニア州知事に就任して俳優業を休業した。タイトルロールを失ったシリーズは続行不可能とされていたが、T3製作総指揮のモリッツ・ボーマンがハルシオン・カンパニーと提携し、2007年にシリーズの権利を獲得した。2007年当時はT3のジョナサン・モストウ監督、および知事職が2期目に入ったシュワルツェネッガーも作品への関与に肯定的だったが、ロケ地をめぐる意見の相違により両方が降板。チャーリーズ・エンジェルのMcG（マックジー）がモストウの後を継いで監督に抜擢された。
前3作で断片的に語られていた、核戦争後の世界で生き残った人類とそれを絶滅させようとするスカイネットの機械軍との全面戦争を描く。キャッチコピーは「どこで誰が、未来を変えたのか?」。2008年12月15日、マックG監督より第5作の製作が正式に発表され、本作が新3部作の序章であることも明かされていたが、製作会社の倒産と版権の売買により、続編は製作中止になった。
ニューヨーク出身でとても裕福な家庭の子女として育った。父親は米国の大手出版社サイモン&シュスター創業者のリチャード・L・サイモン。1964年に姉のルーシーとフォーク・デュオのサイモン・シスターズを結成する。1971年にソロ・デビューを果たし、「幸福のノクターン」がヒットした。同年のグラミー賞最優秀新人賞を受賞。1972年に、ミック・ジャガーがバックボーカルで参加した曲「うつろな愛 (You're So Vain) 」及びアルバム『ノー・シークレッツ』（プロデュースはリチャード・ペリー）をリリースし、翌1973年にはシングル、アルバム共に全米1位の大ヒットとなる。また、同年11月にはジェームス・テイラーと結婚し、後に2児をもうけた（テイラーとは1983年に離婚）。1974年にはテイラーとのデュエットによるカバー曲「愛のモッキンバード」及びアルバム『ホットケーキ』がヒットした。カーリーは1970年代前半のシンガーソングライター・ブームの一翼を担った。内省的なアーティストが多かった中で、サイモンはよくも悪くも明るく活動的なイメージを持ち、女性アーティストとしてはキャロル・キングやジョニ・ミッチェルと並ぶ人気を誇った。1977年には映画「007 私を愛したスパイ」の主題歌「私を愛したスパイ (Nobody Does It Better) 」が全米2位のヒットとなる。さらに1978年にはマイケル・マクドナルドと共作した「ユー・ビロング・トゥ・ミー」が全米6位を記録し、収録アルバム『男の子のように』はBillboard 200で10位に達した。1981年には自身初のスタンダード集『トーチ』を発表した。1989年には映画「ワーキング・ガール（Working Girl）」の主題歌「ステップ・バイ・ステップ（Let the River Run）」でアカデミー歌曲賞を受賞している。2005年にスタンダードのカバー集『ムーンライト・セレナーデ』が全米7位を記録し、27年ぶりの全米トップ10アルバムとなった。