La pellicola si svolge in due principali archi temporali: nel 1999 nelle Filippine e a Tokyo, e al giorno d'oggi in diversi luoghi tra cui San Francisco, per un totale complessivo di quasi 100 set costruiti.

La produzione ha girato molte scene nei pressi di Vancouver. Il locale Convention Center è diventato la base per la realizzazione degli aeroporti internazionali di Honolulu e Tokyo, mentre le strade del centro di Vancouver sono state trasformate nel distretto finanziario sotto assedio di San Francisco.

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Sempre nei dintorni di Vancouver, il Canadian Motion Picture Park (CMPP) di Burnaby ha fornito lo spazio adatto del teatro di posa per ricostruire la strada di Chinatown visibile nella parte finale della pellicola e l'annessa entrata della gigantesca voragine obiettivo del protagonista dopo il lancio con il team di paracadutisti HALO. Il set è stato inizialmente riempito con automobili distrutte e pezzi di palazzi mischiati ad altri rottami, per poi essere ripulito e utilizzato come set per la miniera collassata delle Filippine visibile all'inizio del film.

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Sempre al CMPP la produzione ha costruito una miniatura di oltre 100 del Golden Gate Bridge, lungo in realtà quasi tre chilometri. Per ottenere l'effetto del riconoscibile skyline circostante, la troupe ha girato nella vera San Francisco alcune panoramiche dai tetti di diversi grattacieli, cercando di catturare nelle riprese diverse angolazioni. Tutto il lavoro è stato quindi montato fino ad ottenere una panoramica dettagliata a 360° dell'intera città trasformata con l'utilizzo della fotogrammetria in uno sfondo 3D da unire alle riprese del ponte (e alla sua distruzione) in miniatura.

Ancora Vancouver ha offerto i set per la centrale nucleare di Janjira (la vecchia cartiera abbandonata di Catalyst per gli esterni e lo stabilimento per il trattamento delle acque reflue di Annacis Island per gli interni) oltre ad altri teatri di posa per la ricostruzione delle camere nucleari visibili nella pellicola.

La produzione si è trasferita quindi alle Hawaii sull'isola di Oahu per girare le spiagge di Waikiki e parte delle particolari sequenze di apertura con i test sulla bomba a idrogeno.

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Successivamente la compagnia ha raggiunto Pearl Harbor, utilizzando lo storico memoriale galleggiante USS Missouri, testimone delle finali atrocità nel Pacifico della Seconda Guerra Mondiale, come set per alcune scene ambientate a bordo della USS Saratoga all'inseguimento di Godzilla. La vicina base aerea di Hickam ha invece fornito un vero aereo C-17 per girare le scene che precedono il lancio della squadra HALO su San Francisco.

Una piccola curiosità in chiusura. Durante le riprese nei dintorni di Vancouver, il direttore della fotografia Seamus McGarvey ha raggiunto per sbaglio a piedi un set dell'imminente Apes Revolution - Il pianeta delle scimmie, sequel del fortunato reboot del 2011 le cui riprese erano in corso nei pressi di un lago. Elementi simili sul set - evidentemente di distruzione - hanno tratto in inganno McGarvey, che ha cominciato a vagare per l'ambiente con il suo esposimetro tra le mani. Lentamente si è però reso conto che qualcosa non quadrava, che non conosceva persone e oggetti, descrivendo successivamente la sensazione come surreale e simile a un sogno fantastico.