O Tyrannosaurus rex, como outros dinossauros e seus parentes pássaros modernos sobreviventes, se reproduziam sexualmente. A fêmea então colocava ovos fertilizados dos quais os tiranossauros recém-nascidos eclodiam.
Como o registro fóssil não fornece muitas pistas sobre a reprodução de tiranossauros ou dinossauros em geral, muito do que os cientistas sabem sobre os hábitos de acasalamento dos dinossauros vem da observação de animais modernos que podem se reproduzir de forma semelhante. O problema embaraçoso de se colocar em uma posição para o macho fertilizar a fêmea em um animal tão grande como o Tyrannosaurus rex só pode ser sugerido pelo procedimento de acasalamento para grandes animais modernos, como girafas e elefantes. Uma vez instalado, o método mais provável de reprodução sexuada era por meio da cloaca, orifício também presente nas aves, que teria sido usado para urinar, defecar e também fertilizar. A transferência de espermatozoides do macho para a fêmea pode levar apenas alguns segundos, o que é o caso dos pássaros.
Ao botar ovos, as fêmeas dos pássaros e dos tiranossauros desenvolvem um osso medular. Este osso tem um teor de cálcio muito alto e é usado para fazer as cascas dos ovos em ambas as espécies. Essa descoberta ajudou os cientistas a distinguir entre esqueletos de dinossauros masculinos e femininos.
Menos se sabe sobre a quantidade de ovos postos e qualquer presença de adulto antes e depois da eclosão na vida de um Tiranossauro rex. Há evidências confiáveis de que alguns saurópodes (Seismosaurus) colocam de 20 a 30 ovos e os deixam sem vigilância. Isso pode resultar em uma taxa de sobrevivência de dois ou três filhotes. Outros, como o dinossauro bico de pato Maiasaura, chocariam filhotes subdesenvolvidos e cuidariam deles até que pudessem andar. Filhotes de tiranossauro provavelmente podiam andar e correr direto para fora da concha e, como outros saurópodes, provavelmente nasceram de grandes ninhos de ovos. No entanto, os cientistas estão incertos.
