Esta película fue archivada hasta que el director Hideaki Anno terminó Godzilla Resurge (2016). Después de trabajar en Evangelion Shin Gekijôban: Kyu (2012), Anno cayó en otro ataque de depresión e inicialmente rechazó la oferta de dirigir a Godzilla. Sin embargo, su viejo amigo Shinji Higuchi lo convenció de unirse al proyecto y Anno reconoció que trabajar en Godzilla lo revitalizó. Después de que terminó la película, Anno se disculpó con los fanáticos por el retraso y comenzó a trabajar en esta película.
El co director Kazuya Tsurumaki detalla que Hideaki Anno quería probar un nuevo proceso para la película. En lugar de crear primero guiones gráficos y luego desarrollar la animación basada en ellos como es tradicional, Anno propuso dibujar primero las celdas de animación y luego dibujar las escenas a partir de ellas. El personal generalmente se refería a esta técnica como "visualización previa". Una vez más se inspiró en el proceso habitual en la acción en vivo, donde las escenas se filman primero desde múltiples ángulos y luego se crean las historias y luego se seleccionan durante la edición. La segunda mitad de la película, sin embargo, regresó progresivamente al estilo de anime tradicional.
Un documental sobre cómo se hizo se emitió en la emisora japonesa NHK el 22 de marzo de 2021, y el equipo siguió la producción durante 1214 días. Cuando la producción comenzó en 2016, Anno inicialmente tenía la intención de no involucrarse mucho en la película, deseando delegar la mayor parte a sus directores, particularmente Tsurumaki, pero como el lanzamiento la fecha se acercó con crecientes problemas de producción fue tomando progresivamente más control y asumiendo más tareas directamente, también impulsado por su perfeccionismo.
Tanto la cinta como el soundtrack original se retrasaron debido a la pandemia de COVID 19.