Enfrentando um inimigo que até mesmo Odin e Asgard não são capazes de derrotar, Thor precisa embarcar em sua jornada mais perigosa e pessoal, que o forçará a sacrificar tudo para nos salvar. No elenco Chris Hemsworth, Natalie Portman, Tom Hiddleston, Rene Russo e Anthony Hopkins.
Curiosidades - Patty Jenkins chegou a ser anunciada na direção do longa, mas deixou a função alegando divergências criativas com os produtores.
Brian Kirk (Game of Thrones) foi cotado para dirigir o filme, mas acabou perdendo a vaga para outro nome da série da HBO, Alan Taylor.
Natalie Portman não ficou nada feliz com a notícia de que Patty Jenkins não iria mais dirigir o longa. Ela tinha aceitado retornar para o projeto justamente por ele marcar a estreia de uma diretora mulher em uma adaptação dos quadrinhos.
Thor: O Mundo Sombrio é um dos primeiros filmes dirigidos por Alan Taylor para o cinema. O diretor é mais conhecido por comandar episódios de séries de TV, como The Sopranos e Game of Thrones.
Josh Dallas, que interpretou Fandral em Thor (2011), não pode participar da continuação. O ator foi substituído por Zachary Levi.
A atriz Jaimie Alexander se machucou gravando as cenas de ação da personagem Sif.
Após o fim das filmagens, Tom Hiddleston e Anthony Hopkins voltaram ao set para gravar novas cenas.
Thor: O Mundo Sombrio é ambientado após os eventos de Os Vingadores - The Avengers (2012).