ร็อกสตาร์นอร์ทเริ่มพัฒนาแกรนด์เธฟต์ออโต V ในปี 2009 หลังจากที่วางจำหน่ายแกรนด์เธฟต์ออโต IV[32] โดยการพัฒนานั้นใช้นักพัฒนารวมมากกว่า 1,000 คน ประกอบด้วยทีมพัฒนาจากร็อกสตาร์นอร์ท และนักพัฒนาจากสตูดิโอของร็อกสตาร์เกมส์ ซึ่งเป็นบริษัทแม่[33] แกรนด์เธฟต์ออโต V นั้นพัฒนาโดยใช้เอนจินร็อกสตาร์แอดวานซ์เกมเอนจิน (เรจ) โดยเป็นรุ่นที่พัฒนาเรื่องการวาดมุมมองจากรุ่นก่อนหน้า[34] เอนจิน ยูโฟเรีย และ บุลเล็ต ใช้ในการเพิ่มเติมแอนิเมชันและการประมวลผลของตัวเกม[35] โดยใช้เป็นส่วนหนึ่งที่ช่วยฮาร์ดแวร์ของเอกซ์บอกซ์ 360 และ เพลย์สเตชัน 3 ในการประมวลผลของเกม นอกจากนี้ร็อกสตาร์ยังค้นพบว่าพวกเขาสามารถดึงประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ได้มากกว่าเกมที่เคยพัฒนามาก่อนหน้านี้ทั้งหมด[36] โดยงบประมาณที่ใช้ในการพัฒนานั้นสูงกว่า 170 ล้านปอนด์ ซึ่งทำให้กลายเป็นเกมที่ใช้ทุนในการพัฒนาสูงสุด ณ เวลานั้น[37][lower-alpha 9]

การออกแบบโลกภายในเกมและการประมวลผลนั้นทำได้ดีตั้งแต่ที่แกรนด์เธฟต์ออโต V เริ่มพัฒนา[39] โดยที่โลกภายในเกมนั้นมีต้นแบบมาจากทางตอนใต้ของรัฐแคลิฟอเนีย และ เมืองลอสแอนเจลิส[40] บุคลากรสำคัญในกลุ่มผู้พัฒนาโลกภายในเกมได้เข้าสำรวจและวิจัยเกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ ในพื้นที่ผ่านทั้งรุปภาพและวิดีโอ[36] กูเกิล แมปส์ได้ช่วยนักพัฒนาในการออกแบบเครือข่ายถนนและเมืองลอสซานโตส[41][42] นอกจากนี้นักพัฒนายังได้ศึกษาเกี่ยวกับอุณหภูมิและชมสารคดีที่เกี่ยวกับท้องที่[34] โดยทางทีมพัฒนาด้านนี้ได้กล่าวว่าการสร้างโลกในเกมนั้นต้องใช้เทคนิดเป็นอย่างสูงและใช้ความต้องการด้านทรัพยากรต่าง ๆ เป็นอย่างมาก[32]

โดยเป้าหมายของการพัฒนาแกรนด์เธฟต์ออโต V นั้นมุ่งไปทางการสร้างนวัตกรรมที่จะสามารถให้ผู้เล่นนั้นดำเนินเรื่องราวของทั้งสามตัวละคร โดยบังคับตัวละครจาก 1 ใน 3 ได้[39] โดยความคิดนี้ริเริ่มขึ้นมาตั้งแต่การพัฒนา แกรนด์เธฟต์ออโต: แซนแอนเดรียส์ แต่ด้วยข้อจำกัดทางด้านฮาร์ดแวร์ในขณะนั้นทำให้ไม่สามารถรองรับคุณลักษณะขนาดนี้ได้[43] โดยที่หลังจากพัฒนาภาคเสริมทั้งสองของ แกรนด์เธฟต์ออโต IV ซึ่งประกอบด้วยตัวละครใหม่ 2 ตัวละครเสร็จสิ้นแล้วนั้น ทางผู้พัฒนาก่อนได้รื้อฟื้นความคิดที่จะสร้างให้แกรนด์เธฟต์ออโต ภาคต่อไปนั้นสามารถบังคับตัวละคร 3 ตัวละครได้[11] โดยที่ทีมพัฒนานั้นวางให้แกรนด์เธฟต์ออโต V เป็นเกมที่สืบทอดผลงานที่ประสบความสำเร็จก่อนหน้าของพวกเขา (ได้แก่ แกรนด์เธฟต์ออโต IV , เรดเดดรีเดมชัน และแม็กซ์ เพน 3), และออกแบบโดยพัฒนาด้านเกมย์เพลย์[18][44] โดยที่ทีมพัฒนาได้นำระบบรูปแบบการเล่นแบบแอ็กชันมาใช้ ได้แก่ การพัฒนาระบบการยิงแบบใหม่ และระบบที่กำบัง[45] และสร้างระบบการขับแบบใหม่ให้รถแต่ละคันมีความแตกต่างกันมากขึ้น[46]

หลังจากการหาผู้ที่จะมารับแสดง เน็ด ลุก, ชอวน์ ฟอนเตโน และ สตีเวน อ๊อก ได้รับเลือกให้รับบทเป็น ไมเคิล แฟรงคิน และ เทรเวอร์ ตามลำดับ[47] โดยที่พวกเขาต้องแสดงผ่านการใช้โมชันแคปเจอร์เป็นส่วนใหญ่[48] ในส่วนของบทพูดนั้นบันทึกเสียงในสตูดิโอ[49] แกรนด์เธฟต์ออโต V เป็นเกมแรกในซีรีส์ที่สร้างดนตรีประกอบขึ้นมาใหม่ทั้งหมด[50] แต่ในส่วนของเพลงที่บรรเลงในวิทยุของเกมนั้นใช้เพลงจากภายนอก[51]โดยที่ผู้พัฒนานั้นได้ขอลิขสิทธิ์เพลงที่ใช้ในสถานีวิทยุทั้ง 15 สถานีเป็นจำนวน 241 เพลงโดยมี 2 สถานีที่มีบทพูดประกอบด้วย และบางเพลงนั้นสร้างขึ้นมาเฉพาะใช้สำหรับภายใน แกรนด์เธฟต์ออโต V เท่านั้นเช่นเพลงจากโปรดิวเซอร์และแร็ปเปอร์อย่าง ฟลายอิง โลตัส ที่เป็นเพลงที่สร้างมาใหม่ทั้งหมดเพื่อสถานี ฟลายโลเอฟเอ็ม ภายในเกมที่เขาร่วมเป็นผู้บรรยายด้วย[52]

แกรนด์เธฟต์ออโต V ประกาศอย่างเป็นทางการครั้งแรกโดยร็อกสตาร์เกมส์เมื่อวันที่ 25 ตุลาคม 2011[53] โดยปล่อยตัวอย่างแรกของเกมใน 1 อาทิตย์ถัดมา[54] โดยการแถลงข่าวอย่างเป็นทางการนั้นได้แสดงถึงการออกแบบภายในเกม[55] ผู้สื่อข่าวรายงานว่าการประกาศแกรนด์เธฟต์ออโต V นั้นกลายเป็นจุดที่น่าสนใจมากที่สุดของวงการเกม[56][57][58] และเดิมทีที่จะวางจำหน่ายในไตรมาสที่ 2 ของปี 2013 แต่เลื่อนมายังวันที่ 17 กันยายนแทนเนื่องจากทางผู้พัฒนาต้องการขัดเกลาเกมให้ดีกว่าเดิม[59]โดยการเปิดจำหน่ายล่วงหน้านั้นร็อกสตาตร์ร่วมกับร้านขายปลีกเกมหลายรายสร้างรุ่นพิเศษของเกมขึ้นมา[60] และยังสร้างเว็บไซต์เพื่อบอกกิจกรรมและวัฒนธรรมภายในเกมเพื่อการตลาดแบบไวรัลขึ้นมาอีกด้วย[61]

ในงานอีทรี 2014 แกรนด์เธฟต์ออโต V ได้ประกาศวางจำหน่ายอีกครั้งบนรูปแบบ ไมโครซอฟท์ วินโดวส์, เพลย์สเตชัน 4 และ เอกซ์บอกซ์ วัน โดยที่แกรนด์เธฟต์ออโต V ที่จะวางจำหน่ายในครั้งนี่นั้นมีการปรับปรุงในด้านระยะการมองเห็น รายละเอียดของพื้นผิว การจราจร อัพเกรดระบบสภาพภูมิอากาศ เพิ่มสัตว์ป่าและพืชต่าง ๆ เข้าไปใหม่[62] ทั้งนี้ยังมีโหมดมุมมองบุคคลที่หนึ่งเพิ่มเข้ามา[3] โดยเวอร์ชันของเพลย์สเตชัน 4 และเอกซ์บอกซ์ วันนั้นวางจำหน่ายเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2014[63] ในส่วนของเวอร์ชันบนไมโครซอฟท์ วินโดวส์ ได้กำหนดให้วางขายหลังจากเวอร์ชันของคอนโซล[62] โดยวางจำหน่ายในวันที่ 14 เมษายน 2015[64] ซึ่งช้าจากกำหนดการเดิมเนื่องมาจากทางร็อกสตาร์ต้องการขัดเกลาตัวเกมให้ดีมากยิ่งขึ้น[65] โดยเวอร์ชันบนไมโครซอฟท์ วินโดวส์นั้นได้เพิ่มการแสดงผลแบบ 4K และการแสดงผลในระดับ 60 เฟรมต่อวินาทีลงไป และเพิ่ม ร็อกสตาร์อีอิตเตอร์ที่ให้ผู้เล่นสามารถสร้างวิดีโอเหตุการณ์ต่าง ๆ ขึ้นภายในตัวเกมได้[66] และมีแผนที่จะพัฒนาเนื้อหาที่ดาวน์โหลดได้สำหรับผู้เล่นคนเดียว แต่ต่อมายกเลิกเนื่องจากทีมงานต้องการมุ่งเน้นไปที่ แกรนด์เธฟต์ออโตออนไลน์ และ เรดเดดรีเดมพ์ชัน 2[67]