Le Tyrannosaurus rex, comme d'autres dinosaures et leurs oiseaux apparentés survivants des temps modernes, se sont reproduits sexuellement. La femelle a ensuite pondu des œufs fécondés à partir desquels les tyrannosaures nouveau-nés écloraient.
Parce que les archives fossiles ne fournissent pas beaucoup d'indices sur la reproduction des tyrannosaures ou des dinosaures en général, une grande partie de ce que les scientifiques savent sur les habitudes d'accouplement des dinosaures provient de l'observation d'animaux modernes qui pourraient se reproduire de la même manière. Le problème délicat de mettre le mâle dans une position pour féconder la femelle dans un animal aussi gros qu'un Tyrannosaurus rex ne peut être évoqué que par la procédure d'accouplement pour les grands animaux modernes tels que les girafes et les éléphants. Une fois en place, la méthode la plus probable de reproduction sexuée était à travers le cloaque, un orifice également présent chez les oiseaux, qui aurait été utilisé pour la miction, la défécation et aussi la fécondation. Le transfert de sperme du mâle à la femelle peut ne prendre que quelques secondes, ce qui est le cas des oiseaux.
Lors de la ponte, les femelles des oiseaux et des tyrannosaures développent un os médullaire. Cet os a une teneur très élevée en calcium et est utilisé pour fabriquer les coquilles d'œufs des deux espèces. Cette découverte a aidé les scientifiques à faire la distinction entre les squelettes de dinosaures féminins et masculins.
On en sait moins sur la quantité d'œufs pondus et la présence d'adultes avant et après l'éclosion dans la vie d'un Tyrannosaurus rex. Il existe des preuves fiables que certains sauropodes (Seismosaurus) pondraient de 20 à 30 œufs et les laissaient sans surveillance. Cela pourrait donner un taux de survie de deux ou trois nouveau-nés. D'autres, comme le dinosaure à bec de canard Maiasaura, faisaient éclore des jeunes sous-développés et prenaient soin d'eux jusqu'à ce qu'ils puissent marcher. Les jeunes tyrannosaures pouvaient probablement marcher et courir directement hors de la coquille, et comme les autres sauropodes, ils étaient très probablement nés de grosses couvées d'œufs. Cependant, les scientifiques sont incertains.
