Mat Kilau menjadi filem pertama arahan Syamsul di mana beliau tidak berlakon. Pada Ogos 2017, beliau mengumumkan berhasrat untuk mengarahkan sebuah filem epik mengenai sejarah pahlawan negara.[4] Beliau sebelum ini telah menyahut cabaran menggarap naskhah itu selepas beberapa syarikat produksi dan pengarah dikatakan gagal menyiapkan penggambaran filem sejarah serta perjuangan Mat Kilau.[5] Pada malam gala filem KL Special Force di Petaling Jaya pada 8 Mac 2018, Syamsul mengumumkan pengarahan filem biografi sejarah yang berkisarkan tentang pahlawan Melayu, Mat Kilau.[6] Filem ini menjalani penggambaran pada 1 April 2018,[7] tetapi terpaksa dihentikan seketika akibat masalah tertentu yang tidak dapat dielakkan.[5]

Pelakon Singapura, Adi Putra menjayakan watak Mat Kilau, pejuang Melayu yang menentang pentadbiran British di Pahang.[7][8] Kata Syamsul, Adi dipilih bagi watak Mat Kilau oleh kerana "dia mampu menjiwai watak tersebut dan saya yakin dia sebagai pelakon berpengalaman akan membawakan watak ini dengan baik."[9][10]

Pada Ogos 2018, penggambaran filem telah dihentikan akibat masalah dalaman sebelum bersambung semula dalam bulan Oktober.[11][12] Pada Jun 2020, dilaporkan bahawa penggambaran filem ini telah hampir selesai,[13] dan pada Februari 2021, filem ini telah dilaporkan siap, tetapi penayangannya terpaksa ditangguhkan angkara wabak COVID-19 yang melanda Malaysia.[14][15]

Pada 15 Mei 2022, kos sebenar untuk menyiapkan filem ini didedahkan menelan belanja RM8 juta. Filem Mat Kilau menjalani penggambaran selama 100 hari dengan sebahagiannya dijalankan di Perak dan beberapa lokasi lain termasuk Pahang, Melaka dan Selangor. [16]