Avatar'ın macerası 1995 yılında James Cameron'un senaryo taslağını yazmasıyla başlar. Ancak o günlerde teknoloji Avatar'ı çekmeye müsait değildir. Bu yüzden Cameron filmi ileri bir tarihe erteler.
Geçen sürede 3D teknolojisine büyük yatırımlar yapan ünlü yönetmen, geçen yıllar içinde bilgisayar teknolojisinin ürettiği Gollum (Yüzüklerin Efendisi) gibi karakterleri görerek istediği noktaya gelindiğine ikna olmuştur.
2006 yılında ilk olarak Na'vi kültürü üzerine çalışır ve senaryoyu zenginleştirir. Na'vi dilinin üretilmesi de bu dönemlere tekabül eder.2006 Haziran'ında Avatar'ın 2008'de yayınlanacağı açıklanır. Görsel efektler için Weta Digital ile sözleşme imzalanır. Yine bu yılda, James Cameron filmin kendi ürettiği Gerçeklik kamera sistemi (Reality Camera System) ile çekileceğini açıklar. Sistem, iki yüksek kalitede kayıt yapan kameranın aynı kamera gövdesinde birleştirilmesi, böylece derinlik hissinin sağlanmasıyla çalışmaktadır.
Bu sıralarda, Fox maliyetlerin büyüklüğü ve filmin geleceğinin belirsiz olması durumlarından rahatsızlık duymaya ve şüphelerini dile getirmeye başlayınca, Cameron başka yapım şirketleriyle anlaşmayı düşünür ancak Fox geri adım atar.
Filmin sanat tasarımlarını yapmak üzere iki ekip görevlendirilir, bunlardan biri herşeyiyle Pandora'yı, diğeri ise insanları, onların kullandıkları teknolojiyi tasarlayacaktır.
Filmin ilk çekimleri 2007'de Los Angeles'ta ve Yeni Zelanda'da başlamıştır. Filmin oyuncular tarafından gerçekleştirilen sahneleri Fizyon kamera -daha önce de bahsettiğimiz Gerçeklik kamera sistemi- ile çekilmiştir. Filmin %40'ı gerçek ortamda, %60'ı da digital ortamda gerçekleştirilir. Oyuncularla çekimler 31 gün Los Angeles'ta, 31 gün de Yeni Zelanda'da sürmüştür. Çekimlerden önce oyuncular rolleri için gerekli olan Na'vi dili, ata binme, okçuluk gibi eğitimleri almışlardır.
Çekimler süresinde James Cameron sanal kamera sistemi (virtual camera system) denilen bir teknikle farklı bir yönetmenlik deneyimi yaşamıştır. Bu sistemle,oyuncunun performansı bilgisayar ekranından onun sanal karakterince oynanırken görüntülenebilmektedir. Tabi ki buradaki görüntü, bizim izlediğimiz filmin son halindeki kadar ayrıntılı değildir, ancak yönetmene gerekli bilgiyi vermektedir. Ayrıca her hareketin, en iyi etki vereceği yerden yakalanabilmesi için tüm hareketler, aynı anda her biri değişik açıdaki yüzlerce kameradan çekilmiştir.
Filmde çok sayıda yeni görsel efekt tekniği denenmiştir. Ünlü yönetmenin amacı, filmi çekerken inandırıcı sanal karakterler üretmek ve onlara gerçek oyuncuların mimiklerini aktarabilmektir. Bunu gerçekleştirebilmek için, oyuncularının yüzlerinin tam karşısına gelecek bir kamera yerleştirilmiş, bu kameranın elde ettiği en ufak ayrıntı bilgisayarlara aktarılmıştır. Bunun dışında, Avatar'ı olan veya Na'vi'yi canlandıran her oyuncu üzerinde sinyal yayan çipler olan birer mayoya benzetebileceğimiz, tüm vucüdu kaplayan kıyafet giyinmiş, yüzlerine de yine ifadeleri aktarabilmek için küçük çipler yerleştirilmiştir. Bunlar sayesinde oyuncunun yaptığı her hareket dijital ortama aktarılabilmiştir.
James Cameron bu filmin bir animasyon filmi olmadığını ısrarla vurgulamıştır. Oyuncular sadece seslendirme yapmış, geri kalan işi ise görsel efekt bölümü alletmemiştir. Gördüğümüz her sahne, her mimik oyuncular tarafından gerçekleştirilmiştir. Örneğin ikranların bile modelleri yapılmış, oyuncular bu modeller üzerine oturarak, gerekirse ekip tarafından sağa sola sallanarak performanslarını sergilemişlerdir. Filmin yapımcısı da, bu teknolojinin, bir oyuncuya gerçeküstü bir karakteri saatlerce makyaj yapılmadan, adeta dijital ortamda doku aktarımı yapılmasıyla canlandırma olanağı verdiğini söylemektedir.
Avatar filminin gösterime hazır son hali 17.28 gigabyte alan tutmuştur.