В 1994 году Кэмерон написал 80-страничную концепцию сценария будущего фильма, черпав вдохновение из «каждой научно-фантастической книги», прочитанной им в детстве.
В августе 1996 года он объявил, что после завершения производства «Титаника» планирует приступить к созданию фильма с применением созданных при помощи CGI-графики актёров.
Проект оценивался в 100 миллионов долларов и должен был включать в себя минимум шесть актёров в главных ролях, которые «казались бы реальными, но не существовали в материальном мире». Визуальными эффектами должна была заняться студия Digital Domain. Предполагалось начать съёмки летом 1997 года и выпустить фильм в прокат в 1999-м. Однако Кэмерон посчитал, что технологии были на тот момент недостаточно развиты, чтобы воплотить его видение фильма
С января по апрель 2006 года Кэмерон работал над сценарием и развивал культуру пришельцев из фильма, На'ви. Их язык был создан доктором Полом Фроммером, лингвистом из Университета Южной Калифорнии.
С того момента как Кэмерон почувствовал, что трехмерные изображения кистью не улавливают его видения, Кэмерон начал работать с несколькими дизайнерами, в том числе со знаменитым фэнтези-иллюстратором Уэйном Барлоу и известным концепт-художником Джорду Шеллом, над формированием дизайна На'ви с помощью картин и физических скульптур, часто работая вместе на кухне дома Кэмерона в Малибу
В июле 2006 года Кэмерон объявил, что будет снимать «Аватар» для выпуска в середине 2008 года, и планировал начать основные съемки с установленным составом к февралю 2007 года
Основные съемки «Аватара» начались в апреле 2007 года в Лос-Анджелесе и Веллингтоне. Кэмерон описал фильм как гибрид с полноценными съемками живых выступлений в сочетании с компьютерными персонажами и живым окружением. «В идеале в конце дня зрители понятия не имеют, на что они смотрят», — сказал Кэмерон.
Режиссер указал, что уже четыре месяца работал над неосновными сценами фильма. Живое действие было снято с помощью модифицированной версии собственной цифровой системы 3-D Fusion Camera System, разработанной Кэмероном и Винсом Пейсом. В январе 2007 года Fox объявила, что 3D-съемка «Аватара» будет вестись со скоростью 24 кадра в секунду, несмотря на твердое мнение Кэмерона о том, что 3D-фильм требует более высокой частоты кадров, чтобы сделать стробирование менее заметным. По словам Кэмерона, фильм на 60% состоит из компьютерных элементов и на 40% из живых выступлений, а также из традиционных миниатюр
Премьера «Аватара» состоялась в Лондоне 10 декабря 2009 г., а в мировой прокат — с 16 по 18 декабря. Первоначально фильм должен был выйти в прокат 22 мая 2009 г., во время съемок, но был отложен, чтобы дать больше времени на пост-продакшн (последний кадры были доставлены в ноябре) и кинотеатрам по всему миру — для установки 3D-проекторов. Кэмерон заявил, что соотношение сторон фильма будет 1,78: 1 для 3D-просмотров и что изображение 2,39: 1 будет извлечено для 2D-просмотров.
На международном уровне « Аватар» открылся в общей сложности на 14 604 экранах в 106 территориях, из которых 3 671 показывали фильм в формате 3D (составляя 56% валового сбора за первые выходные). Фильм одновременно был представлен в формате IMAX 3D и открылся в 178 кинотеатрах США 18 декабря. Международный выпуск IMAX включал 58 кинотеатров, начиная с 16 декабря, и еще 25 кинотеатров должны были быть добавлены в ближайшие недели