Shadow of the Tomb Raider basiert auf einer modifizierten Version der Foundation-Engine von Crystal Dynamics. Diese Engine kam bereits im Vorgänger Rise of the Tomb Raider zum Einsatz. Die Foundation-Engine unterstützt eine realistische Darstellung von Wasser und Schnee und stellt die Spiele-Charaktere besonders detailliert da. Auch die Darstellung von Haaren ist durch die Unterstützung von TressFX (AMD) bzw. HairWorks (NVIDIA) besonders gut gelungen.