Shadow of the Tomb Raider si basa su una versione modificata del motore della Crystal Dynamics Foundation. Questo motore era già utilizzato nel predecessore Rise of the Tomb Raider. Il motore di fondazione supporta una rappresentazione realistica dell'acqua e della neve e mostra i personaggi del gioco in modo particolarmente dettagliato. Anche la visualizzazione dei capelli è particolarmente riuscita grazie al supporto di TressFX (AMD) o HairWorks (NVIDIA).