Der Tyrannosaurus rex reproduzierte sich wie andere Dinosaurier und ihre überlebenden modernen Vogelverwandten sexuell. Das Weibchen legte dann befruchtete Eier, aus denen neugeborene Tyrannosaurier schlüpften.
Da der Fossilienbestand nicht viele Hinweise auf die Fortpflanzung von Tyrannosauriern oder Dinosauriern im Allgemeinen liefert, wissen Wissenschaftler viel über die Paarungsgewohnheiten von Dinosauriern aus der Beobachtung moderner Tiere, die sich ähnlich fortpflanzen könnten. Das heikle Problem, bei einem so großen Tier wie dem Tyrannosaurus rex in die Lage zu kommen, dass das Männchen das Weibchen befruchtet, lässt sich nur durch das Paarungsverfahren moderner Großtiere wie Giraffen und Elefanten erahnen. Einmal an Ort und Stelle, war die wahrscheinlichste Methode der sexuellen Fortpflanzung die Kloake, eine auch bei Vögeln vorhandene Öffnung, die zum Wasserlassen, Stuhlgang und auch zur Befruchtung verwendet worden wäre. Die Übertragung der Spermien vom Männchen auf das Weibchen kann nur wenige Sekunden dauern, wie es bei Vögeln der Fall ist.
Bei der Eiablage bauen die Weibchen sowohl bei Vögeln als auch bei Tyrannosauriern einen Markknochen an. Dieser Knochen hat einen sehr hohen Kalziumgehalt und wird bei beiden Arten zur Herstellung der Eierschalen verwendet. Diese Entdeckung hat Wissenschaftlern geholfen, zwischen weiblichen und männlichen Dinosaurierskeletten zu unterscheiden.
Über die Anzahl der gelegten Eier und die Anwesenheit von Erwachsenen vor und nach dem Schlüpfen im Leben eines Tyrannosaurus Rex ist weniger bekannt. Es gibt zuverlässige Beweise dafür, dass einige Sauropoden (Seismosaurus) 20 bis 30 Eier legen und sie unbeaufsichtigt lassen. Dies könnte eine Überlebensrate von zwei oder drei Jungtieren ergeben. Andere, wie der Entenschnabel-Dinosaurier Maiasaura, schlüpften unterentwickelte Junge und pflegten sie, bis sie laufen konnten. Junge Tyrannosaurier konnten wahrscheinlich direkt aus der Schale laufen und rennen, und wie andere Sauropoden wurden sie höchstwahrscheinlich aus großen Eiern geboren. Wissenschaftler sind sich jedoch unsicher.
