Hugo Weaving foi originalmente abordado para reprisar seu papel como Agente Smith, mas ele teve que recusar devido a conflitos de agenda com outros filmes.
Este será o primeiro filme Matrix a ser rodado digitalmente, ao contrário dos três primeiros filmes que foram rodados no formato Super 35.
De acordo com Lana Wachowski, sua decisão de trazer de volta Neo e Trinity para a sequência foi inspirada pela perda de seus pais (que morreram com apenas cinco semanas de intervalo) e de um amigo próximo. O processo de escrita foi sua forma de se consolar diante da morte. Ela também define Neo e Trinity como os dois personagens mais importantes de sua vida. Para Lily Wachowski, por outro lado, sua decisão de não retornar a Matrix foi devido ao luto que ela sentia pelos mesmos motivos.