Tyrannosaurus rex, giống như các loài khủng long khác và họ hàng loài chim thời hiện đại còn sót lại của chúng, sinh sản hữu tính. Sau đó, con cái đẻ trứng thụ tinh từ đó khủng long bạo chúa sơ sinh sẽ nở ra.
Vì hồ sơ hóa thạch không cung cấp nhiều manh mối về sự sinh sản của khủng long bạo chúa hoặc khủng long nói chung, nên phần lớn những gì các nhà khoa học biết về thói quen giao phối của khủng long là từ việc quan sát các loài động vật hiện đại có thể sinh sản tương tự. Vấn đề khó xử khi con đực thụ tinh với con cái ở một loài động vật to lớn như Tyrannosaurus rex chỉ có thể được gợi ý bằng quy trình giao phối của những động vật lớn ngày nay như hươu cao cổ và voi. Khi đã có sẵn, phương pháp sinh sản hữu tính khả dĩ nhất là thông qua lỗ vòi, một lỗ thông cũng có ở chim, được sử dụng để đi tiểu, đại tiện và cả thụ tinh. Việc chuyển tinh trùng từ chim trống sang chim mái có thể chỉ mất vài giây, đó là trường hợp của các loài chim.
Khi đẻ trứng, con cái ở cả chim và khủng long bạo chúa đều phát triển xương tủy. Xương này có hàm lượng canxi rất cao và được sử dụng để làm vỏ trứng ở cả hai loài. Khám phá này đã giúp các nhà khoa học phân biệt được bộ xương khủng long cái và đực.
Ít được biết về số lượng trứng được đẻ và bất kỳ sự hiện diện nào của con trưởng thành trước và sau khi nở trong cuộc đời của Khủng long bạo chúa. Có bằng chứng đáng tin cậy rằng một số loài sauropod (Seismosaurus) sẽ đẻ từ 20 đến 30 quả trứng và bỏ mặc chúng. Điều này có thể mang lại tỷ lệ sống sót của hai hoặc ba con non. Những con khác, chẳng hạn như khủng long mỏ vịt Maiasaura, sẽ nở ra những con non kém phát triển và chăm sóc chúng cho đến khi chúng biết đi. Khủng long bạo chúa trẻ có thể có thể đi bộ và chạy ngay ra khỏi vỏ, và giống như các loài sauropod khác, chúng rất có thể được sinh ra từ những quả trứng lớn. Tuy nhiên, các nhà khoa học không chắc chắn.
