Le riprese iniziarono il 15 aprile 2002.
La prima notte di riprese coinvolse il Terminator di Schwarzenegger che si schianta con un veicolo contro la T-X fuori dalla clinica veterinaria, che fu costruita come un set nel quartiere Sunland-Tujunga di Los Angeles.
Lo scenografo Jeff Mann e il suo team di 350 persone progettarono e costruirono molteplici set durante un periodo di quattro mesi prima delle riprese. I Los Angeles Center Studios furono un luogo importante per le riprese, poiché la produzione utilizzò sei teatri di posa lì. Almeno tre furono sempre occupati dal progetto durante le riprese, e a un certo punto furono utilizzati tutti. Nel giugno 2002 le scene di guida furomo girate al Rose Hills Memorial Park di Whittier. Le riprese si svolsero anche al Big Bend National Park in Texas.

L'inseguimento in strada fu girato su un set da un quarto di miglio di strade ed edifici, costruito in uno stabilimento Boeing a Downey.

All'inizio di settembre del 2002 alcune scene furono girate al San Bernardino International Airport.
Una delle scene di apertura del film è ambientata nel bar Desert Star, dove il Terminator di Schwarzenegger va in cerca di vestiti. La scena fu girata al bar Cowboy Palace nella valle di San Fernando. Anche il bar-ristorante Sierra Inn ad Agua Dulce fu utilizzato per le riprese in esterno del Desert Star. L'ultima scena da girare fu un'altra scena di apertura in cui la T-X arriva nuda sulla Rodeo Drive a Beverly Hills. Mostow disse che girare la scena con discrezione fu una sfida a causa della popolarità turistica della Rodeo Drive. I cineasti dovettero aspettare cinque mesi prima di ricevere finalmente l'autorizzazione per girare la scena. La strada dovette essere chiusa perché si svolgessero le riprese. Le riprese di 100 giorni proseguirono come previsto e si conclusero l'8 settembre 2002.