その後、スピルバーグはインディの父親であるヘンリー・ジョーンズを登場させることを思いつく[20]。1986年1月、スピルバーグ監督の『カラーパープル』と『太陽の帝国』に参加したメノ・メイエス（英語版）が雇われた。約1年をかけ、メイエスによって大まかなストーリーが完成[18]。その後スピルバーグは、ジェフリー・ボームにそのストーリーの改訂を依頼する[18]。ボームは、ルーカスと2週間をかけて物語を作り直し、最終的な映画とほぼ同じ内容の脚本を完成させた。この時、ボアムはルーカスに「これがシリーズの3作目であるという事実を踏まえると、前2作のように宝物を手に入れるだけで終わるわけにはいかない」「以前の映画ではキャラクター描写が十分でないと感じた」と、父と息子の関係を聖杯の探求より重要な要素にすることを提案したという[21]。
聖杯を物語の題材にすることはルーカスのアイデアである。ただし、これに関してスピルバーグは当初「観客は『モンティ・パイソン・アンド・ホーリー・グレイル』を連想してしまうのではないか」と心配したという[22]。
会話場面における台詞の考案には、トム・ストッパードがノンクレジットで参加。スピルバーグは「トムは会話のすべての行に関わり、ほとんどの責任も負っています」と語っている。
映画のオープニングをどうするか悩んだ際、ルーカスはインディの少年時代をプロローグとして描くというアイデアを思いつく。ボアムも、インディのキャラクターを深く掘り、観客に現在のインディ・ジョーンズ像がどのように誕生したかを見せたいと考えていたことからこれに賛成した。スピルバーグは当初「子供が登場する映画を作りたくない」とこれに反対したが、最後はルーカスの説得により同意した[16]。
キャスティングショーン・コネリー（1988年）
インディの父親であるヘンリー・ジョーンズ役に関して、このシリーズは元々スピルバーグが「007」シリーズのような作品を作りたいとルーカスに話したことがきっかけで作られた作品であり、スピルバーグは「インディ・ジョーンズの父親を演じれるのは、初代ジェームズ・ボンドであるショーン・コネリー以外はありえない」と考えていた[16]。そのため、第二候補にグレゴリー・ペックが挙がったりはしたものの[23]、真っ先に役はコネリーに依頼された。コネリーは当初、インディ役のフォードとの実際の年齢差は12歳であることからオファーを受けるか悩んだが、脚本を気に入ったことで最終的に受諾した[16]。
インディの少年時代を演じたリヴァー・フェニックスは、『モスキート・コースト』で共演したフォードによる「活躍していた若手俳優の中で、最も自分と似ていると感じた」との推薦で起用された[13]。
老騎士役は、ルーカスがコネリー起用前にヘンリー・ジョーンズ役としてイメージしていたローレンス・オリヴィエが候補に挙がったが、病気のため実現せず、オリヴィエは公開された1989年に死去した[24]。
シリーズ常連とも言うべき大柄の俳優パット・ローチは今作ではゲシュタポ役で姿を見せている。また、シリーズ第一作でトートを演じたロナルド・レイシーは、台詞やクレジットは無しだがハインリヒ・ヒムラー役で出演している。また、シリーズ第一作冒頭のペルーの荷役夫役のテッド・グロスマンが保安官役で登場した。 本作は、比較的ロケ撮影が多い。 主要撮影は、1988年5月16日にスペインのタベルナス砂漠
撮影
ベニスでの撮影は1日で済ましており、午前中に観光客を制限し行われた。撮影監督のダグラス・スローカムによると、撮影する建物に設置されたテレビ放送を受信するアンテナが見えないようカメラを配置することに苦労したという[13]。図書館の外観には、サン＝バルナバ教会（英語版）が使われた。
ブルンヴァルト城の外観は、西ドイツ（当時）のビュレスハイム城（ドイツ語版）で撮影された。なお、映画では城の一部をマットペイントで拡張している。城の内部は、イギリスのエルストリー・スタジオ（英語版）で行われた。
聖杯のある神殿は、ヨルダンのペトラ遺跡にあるエル・カズネを使用し撮影された。
