En el futuro, Jake Scolly, un veterano de guerra que se ha quedado inválido en silla de ruedas, es trasladado a otro planeta recién descubierto, llamado inicialmente Alpha Centauri B-4, y posteriormente Pandora. Es un mundo con una naturaleza increíble, diversa, hermosa y mortal. En Pandora se respira amoniaco. Está habitada por una raza inteligente, los Na’vi. Los humanos inician una guerra con estos nativos de Pandora, un mundo con una enorme cantidad de tesoros y recursos.

En 1995, el director James Cameron escribió unas 80 páginas para el guión de Avatar (2009). Cameron ha dicho que su inspiración fueron todos y cada uno de los libros de ciencia-ficción que leyó siendo chico. El realizador creó una historia basada en cómo las civilizaciones occidentales suplantan las culturas indígenas, algunas veces de una manera genocida, y fue influenciado también por la historia de Pocahontas. Mientras que la premisa de que una persona inválida pueda controlar con su mente otro cuerpo alienígena es muy similar al cuento corto de Poul Anderson: "Call me Joe" (1957).

En Avatar, la humanidad se extiende a otros planetas. En agosto de 1996, Cameron anunció que después de completar Titanic, él filmaría la película Avatar, usando actores sintéticos o actores generados por computadora. El proyecto contaría con la participación de al menos seis actores principales en los papeles, que parecerán ser reales, pero no existen en el mundo físico. La casa de efectos especiales Digital Domain, con la que Cameron tiene una asociación, se unió al proyecto, que comenzaría la producción en el verano de 1997.

En el 2006, el director explicó que la demora en la producción de la película desde 1990 había sido porque se necesitaba esperar a que la tecnología de la animación digital se desarrollara mucho más para poder crear un mundo avanzado como lo es el de Avatar.

En julio del 2006, después de ver los avances de la animación con el personaje de Gollum, para la trilogía de El señor de los anillos y de King Kong, Cameron anuncia que filmaría Avatar. En Febrero de 2007 se empezó con las audiciones y en agosto, la compañía de animación de Peter Jackson, Weta Digital, se unió para ayudar en los efectos especiales y animaciones.

Los actores se han usado principalmente para la captura de expresiones faciales. La herramienta empleada para esto es un pequeño casco con forma de cráneo con una pequeña cámara adherida al mismo, situado en frente de los actores, para recoger información sobre sus expresiones faciales y los ojos, lo que se transmite a las computadoras.

Steven Spielberg, Peter Jackson y George Lucas han visitado varias veces los nuevos estudios de James Cameron para poder ver las nuevas tecnologías que emplea para crear los ambientes 3D y las actuaciones con modificaciones del CGI en tiempo real.

Empleando tecnología nunca antes vista, según algunas fuentes (una de ellas el New York Times) esta espectacular epopeya fantástica y de ciencia-ficción escrita y dirigida por James Cameron, será la película más cara de la historia del cine, al menos en cifras actuales sin tener en cuenta la inflación: Su presupuesto es de unos 500 millones de dólares, $350 para su realización más la inversión de otros $150 en publicidad.