モスラ3 キングギドラ来襲
前2作でロラを演じた山口紗弥加がスケジュールの都合により出演できず、代役に建みさとが起用された。そのこともあってか本作品はモルとベルベラの2人に焦点が当たった展開となっている。建は、監督の米田が助監督を務めていた映画『夢』でも妖精役を演じており、米田が妖精繋がりでオファーしたのではないかと述べている。米田によれば、代役のキャスティングは難航したといい、建に決定した後もその持ち味をどう活かすか悩んだというが、モル役の小林恵とのコンビネーションがとれていたため安心して撮影することができたと述懐している。山口は本作品では冒頭のナレーションを担当した。
翔太役の吉澤拓真は、役の設定と異なり当時既に中学生であったが、撮影時の体力なども考慮して起用された。米田は、吉澤が『学校の怪談3』に出演していたため、実在しない相手との芝居の経験があり助かったと述べている。
園田家の両親役である大仁田厚と松田美由紀は米田の要望により起用された。
『モスラ2 海底の大決戦』の続編であり、平成モスラシリーズの完結編。
物語の特性として、前作よりは色濃くはないがジュブナイル性は保持しており、その一方で前2作で強調されていた環境問題や家族の絆の要素は薄れ、男児向けの色合いが強くなっている。また、エリアスのトライアングルや原始モスラが作るピラミッド型の繭など、「3」がキーワードとなっている。
本作品では出現したキングギドラをモスラが迎え撃つも敗北し、タイムトラベルによって過去に地球へ襲来した時のキングギドラ幼体を倒すという戦法を用いている。従来のキングギドラに相当する成体(現代型)に対して、本作品で初登場したキングギドラ幼体は「白亜紀型キングギドラ」と呼ばれる。成虫のモスラとキングギドラの戦いが描かれるのは本作品が初めてである。中生代のシーンではティラノサウルス、トリケラトプス、プテラノドン、ブロントサウルスが登場している。
大仁田は、肉体派で存在感のある父親像として起用されたが、大仁田自身はそれまで演じていなかったヒーロー性のない普通の父親役を楽しんでいたという。一方の松田は、母親役の経験が多いことから髪型など様々な提案を積極的に行っていたといい、米田は自身では考えつかない発想を与えてくれたことが嬉しかったと述べている。ラストシーンの「おかえり」というセリフも松田の案によるものであった。
ドームのセットでは約80人の子供が、ラストシーンでは100人の大人と200人の子供が参加している。後者では、脚本で「何千人の親子」と書かれていたため、合成によって更に人数を増やしている。
劇中に、主人公の祖父の肖像として田中友幸の写真が飾られている。監督の米田によれば、ロケ先の民家の遺影を映画のために外すのは失礼と考え、主人公の家族を見守ってほしいという願いを込めて田中の写真を並べて飾ったとのことである。