Tyranozaur rex, podobnie jak inne dinozaury i ich współcześni żyjący krewni, reprodukował się seksualnie. Samica ułożyła zapłodnione jaja, z których wylęgną się nowonarodzone tyranozaury.
Ponieważ zapis kopalny nie dostarcza wielu wskazówek dotyczących reprodukcji tyranozaurów lub dinozaurów w ogóle, wiele z tego, co naukowcy wiedzą o zwyczajach kojarzenia dinozaurów, to obserwowanie współczesnych zwierząt, które mogą się podobnie rozmnażać. Niezręczny problem z dostaniem się w pozycji umożliwiającej samicowi zapłodnienie samicy w tak dużym zwierzęciu jak Tyrannosaurus rex może być zasugerowany jedynie przez procedurę kojarzenia współczesnych dużych zwierząt, takich jak żyrafy i słonie. Po założeniu najbardziej prawdopodobną metodą rozmnażania płciowego była kloaka, otwór również obecny w ptakach, który byłby używany do oddawania moczu, defekacji, a także do zapłodnienia. Przeniesienie plemników od samca do samicy może potrwać tylko kilka sekund, co ma miejsce w przypadku ptaków.
Podczas składania jaj samice zarówno ptaków, jak i Tyranozaurów wyrastają z kości rdzenia. Ta kość ma bardzo wysoką zawartość wapnia i jest używana do tworzenia skorup jaj w obu gatunkach. Odkrycie to pomogło naukowcom odróżnić szkielety kobiet i mężczyzn od dinozaurów.
Mniej wiadomo na temat ilości złożonych jaj i obecności dorosłych przed i po wylęgu w życiu Tyrannosaurus rex. Istnieją wiarygodne dowody na to, że niektóre zauropody (Seismosaurus) składały od 20 do 30 jaj i pozostawiały je bez opieki. Może to zapewnić przeżywalność dwóch lub trzech piskląt. Inni, tacy jak kacze dinozaury Maiasaura, wyłapywali niedorozwinięte młode i opiekowali się nimi, dopóki nie mogli chodzić. Młodzi tyranozaury prawdopodobnie mogli chodzić i wybiec prosto z muszli, i podobnie jak inne zauropody, najprawdopodobniej urodzili się z dużych szponów jaj. Jednak naukowcy są niepewni.
