Il film inizia subito dopo la fine del primo SAW: il dottor Gordon si trascina lungo il pavimento privo del piede che si era tagliato con la sega. Vede un tubo di riscaldamento, vi si avvicina, ci preme contro la gamba amputata per cicatrizzare la ferita ed urla dal dolore. La scena poi si sposta in pieno giorno in una piazza di una grande città. In una cabina di vetro, due uomini sono incatenati ai due lati di una macchina e legati a due seghe circolari. Al centro c'è una terza sega circolare sulla quale giace una donna sospesa orizzontalmente ed a pancia in giù. Appare come di consueto il pupazzo Billy che spiega le regole del gioco: i due uomini hanno commesso dei reati per conto della donna ed adesso dovranno decidere, spingendo le tre seghe, se salvare la donna o loro stessi . Se scelgono di salvare la donna, però, uno dei due dovrà morire dilaniato dalla sega a cui è legato. Il gioco inizia e, tra le urla della folla che tenta inutilmente di rompere il vetro, ognuno dei due uomini inizia a spingere le seghe verso l'altro ed uno dei due rimane ferito al petto. Alla fine decidono di far morire la donna ed allo scadere del tempo a loro disposizione, la sega circolare squarcia la pancia della donna che muore consentendo ai due uomini di salvarsi. Dopodichè appare il titolo del film: "SAW 3D". La scena sfuma nella fine di Saw VI, dove vediamo Hoffman alle prese con una trappola mortale. Jill esce dalla stanza dicendo "Game over" e quando vede Hoffman schiantarsi contro il vetro della finestra per salvarsi, scappa in preda al panico. Hoffman cammina lungo il corridoio entrando in una stanza e ricucendo la orribile ferita causatagli dalla trappola.
Bobby Dagen è un sopravvissuto all'enigmista, è diventato famoso grazie alle sue terapie rivolte ai sopravvissuti di Jigsaw. Mentre è in corso una terapia, dove ritroviamo alcuni personaggi dei vecchi episodi, alcune telecamere riprendono tutto. In seguito qualcuno applaude nell'ombra, è il dr. Gordon che zoppicando raggiunge il centro della sala riferendo ai presenti il suo disgusto nel guardare persone che dimostrano sentimenti finti solo per apparire in un DVD promozionale. Jill Tuck, riuscita a scappare dall'edificio, si rivolge all'agente Gibson per essere difesa da Hoffman. La scena si sposta in una trappola molto particolare, quella del garage. Un uomo di nome Evan è incollato al sedile di un'automobile e deve cercare di raggiungere una leva prima che scada il tempo, altrimenti tre dei suoi amici moriranno. Evan non riesce nell'impresa e muore insieme agli altri. Intanto Bobby è stato rapito e partecipa al nuovo gioco di saw. La prima trappola lo vede intrappolato in una gabbia di metallo; cercando di scappare in tutti i modi, tira una leva posta sopra la gabbia, si apre la parte inferiore e lui cade aggrappandosi alle sbarre della gabbia. Sotto di lui vi è un pannello colmo di lamette voltate all'insù. Riesce a fuggire e Billy , la marionetta, spiega lui le regole del gioco. Se non arriverà fino alla fine entro 60 minuti allora sua moglie Joyce morira. Hoffman in tanto è riuscito ad entrare nella centrale di polizia dove è rinchiusa Jill, per precauzione. Riesce a prenderla, la intrappola, la lega su una sedia e le monta addosso la trappola per orsi rovesciata, del primo film. La scena è straziante, vediamo la mascella di Jill frantumarsi contro il suo cranio; Hoffman esce dicendo "Game Over". Hoffman fa esplodere il deposito della centrale e subito dopo viene sorpreso da tre uomini con addosso la maschera da maiale, uno di questi è il dr. Gordon. Hoffman si ritrova incatenato ad un piede nel bagno dove era ambientato il primo film e vediamo alcuni flashback che riprendono Jigsaw che salva Gordon dicendogli di assicurarsi l'incolumità di Jill. Poi, sempre attraverso dei flashback, si scopre che il dr. Gordon, per tutti gli episodi, ha aiutato Jigsaw nelle sue imprese. Hoffman tenta di raggiungere una sega ma viene fermato dal dr. Gordon che dice "Non credo proprio". Gordon esce dalla stanza dicendo "Game Over" lasciando Hoffman al suo fato.
Nel luglio 2009 la rivista Variety annunciò che la LionsGate aveva dato semaforo verde al film, ingaggiando Hackl come regista, il duo Melton-Dunstan alla sceneggiatura e Mark Burg e Oren Koules come produttori. La preproduzione si avviò il 14 settembre dello stesso anno, e il mese seguente si decise di realizzare il film in tridimensionale.
In origine era prevista la produzione di due altri seguiti dopo Saw VI, ma Melton specificò come le intenzioni dello studio di produzione erano cambiate dopo i deludenti risultati al botteghino del film e di alcuni altri episodi da un po' di tempo a quella parte. In questo contesto, quindi, gli sceneggiatori ebbero il compito di affrontare alcune tematiche rimaste aperte e insolute dai film precedenti, come il destino del Dr. Gordon nel primo film e di altri superstiti degli episodi successivi, portando al contempo a una risoluzione definitiva per la serie.
Con la decisione di realizzare Saw VII in tridimensionale, il suo bilancio inizialmente ruotante attorno gli 11ml $ come per gli altri film della saga lievitò considerevolmente sfiorando i 20ml, tanto che Greutert lo ha definito il "il più costoso Saw fino ad oggi". Sempre Greutert era inizialmente impegnato alla regia di Paranormal Activity 2, previsto per uscire lo stesso giorno di Saw VII, ma la LionsGate improvvisamente rigettò Hackl in favore di Greutert esercitando una "clausola contrattuale", basata sugli accordi precedenti, con suo grande sgomento.
La lavorazione è cominciata l'8 febbraio 2010 a Toronto (Canada) ed è terminata il 12 aprile 2010. Dopo che gli autori videro un minuto di girato di Saw in formato tridimensionale, ne rimasero così entusiasti che decisero di realizzare l'intera pellicola con quella tecnologia. Scegliendo, quindi, di girare interamente e direttamente in tridimensionale anziché filmare in formato tradizionale per poi trasferire in 3D, i set furono ridisegnati in conformità alle riprese con telecamere 3D.
Nel determinare lo stile di riprese tridimensionale che si sarebbe usato, Burg ritenne che il pubblico avrebbe voluto un aspetto simile a quello rappresentato in San Valentino di sangue 3D, ovvero con momenti in cui gli oggetti si animavano per andare verso il pubblico. Il produttore riconobbe quindi la possibilità di usare sia questo metodo, che quello di vedere attraverso il punto di vista della vittima, che porterebbe a una visuale simile a quella degli sparatutto in prima persona usata nei videogiochi.
A settembre 2010 la Lionsgate ha rilasciato il secondo trailer del film dal quale si evince che la trama e la scenografia è stata studiata proprio per rendere massima l'efficacia del 3D.
Il film era originariamente previsto per uscite nelle sale cinematografiche americane il 22 ottobre 2010, ma fu posticipato di una settimana, al 29 ottobre. Negli Stati Uniti la distribuzione è stata affidata alla Lionsgate, e alla Maple Pictures per il Canada.
Fin dall'uscita di Saw IV, in Australia e Nuova Zelanda i film della serie sono stati distribuiti per tradizione un giorno prima del debutto statunitense. Così doveva essere anche per Saw 3D, dove in Australia l'uscita è stata fissata per il 28 ottobre, mentre in Nuova Zelanda è stata rimandata al marzo 2011.
In Italia Saw 3D sarebbe dovuto uscire il 14 gennaio 2011 su distribuzione Moviemax dopo che l'uscita era stata programmata per il 29 dicembre 2010. Il 12 ottobre 2010, però, la stessa Moviemax ha annunciato che l'uscita in Italia di Saw 3D sarebbe stata anticipata al 19 novembre 2010, qualche settimana dopo l'uscita americana. Successivamente è stata ulteriormente anticipata al 17 novembre.
