В игре используется игровой движок X-Ray. Графический движок в качестве API может использовать как DirectX 8.1, так и DirectX 9 с использованием Shader Model 3.0. Движок поддерживает рендеринг до одного миллиона полигонов на кадр. Особенности X-Ray: рендеринг в расширенном динамическом диапазоне (HDR), параллакс- и нормалмаппинг, мягкие тени (англ. soft shadows), эффект размытия изображения (англ. motion blur), поддержка широкоэкранных дисплеев, погодные эффекты и циклы смены дня и ночи (англ. day/night cycles). Как и другие движки, которые используют технологию отложенного освещения и затенения (англ. deferred shading), X-Ray не поддерживает совместное использование полноэкранного сглаживания и динамического освещения. В драйверах nVidia ForceWare 169.xx и более поздних есть возможность принудительно включить полноэкранное сглаживание, которое оказывается совместимо с динамическим освещением, но при этом сильно падает производительность. Кроме того, через консольные команды или редактирование конфигурационного файла можно активировать «поддельную» форму сглаживания, может работать с динамическим освещением, в этом случае изображение размывается для достижения ложного впечатления от сглаживания без падения производительности. Общая площадь всех локаций игры — около 30 км2. Некоторые текстуры в игре являются фотографическими.

S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl использует сильно модифицированную версию физического движка Open Dynamics Engine (ODE). Движок поддерживает сотни физически интерактивных объектов на разных уровнях. Используются Физика Ragdoll, разрушаемые объекты, реалистическая баллистика пуль, скелетная анимация и некоторые другие технологии.

S.T.A.L.K.E.R. использует реалистичную физику пуль (англ. bullet physics), подобную той, что использовалась в играх Tom Clancy's Ghost Recon Advanced Warfighter и Operation Flashpoint. Пули подвержены силе тяжести, рикошетят от наклонных поверхностей под наклонными углами. Ручное огнестрельное оружие имеет малую кучность при стрельбе без прицела. Чтобы попасть в цель, находящуюся на средних или дальних расстояниях, игрок должен использовать несъёмные прицельные приспособления (англ. iron sights) или навесные оптические прицелы.

Движок X-Ray реалистично моделирует баллистическую траекторию пули, подобно баллистическим моделям в тактических симуляторах. Пули подвержены действию силы тяжести, сопротивлению воздуха, рикошетят при попадании под углом к поверхностям. Ручное огнестрельное оружие менее точно при стрельбе из неустойчивых положений (шаг, бег), от бедра. Игроку легче попадать, используя режим прицельной стрельбы — с помощью механических или оптических (устанавливаемых на оружие, либо уже установленных) прицельных приспособлений. Также в игре представлена модель раневой баллистики в сильно упрощенном виде. При моделировании траектории пули, а также её взаимодействии с препятствиями, движок не учитывает баллистический коэффициент пули и её пробивную способность. Дальномеры прицельных сеток прицелов не соответствуют игровым единицам измерения и использоваться для измерения расстояния до цели не могут.

Движок X-Ray использует проприетарную и эксклюзивную систему искусственного интеллекта, названную A-Life (Artificial Life — Искусственная Жизнь). A-Life подразделяется на локальную и глобальную. Локальная действует приблизительно в радиусе 150 метров от игрока, сложная система симуляции жизни: на главного героя нападают монстры и NPC, нападения на лагеря группировок при участии игрока, — в общем все то, что можно наблюдать своими собственными глазами, а не предполагать что что-то произошло. Глобальная — это упрощенная система искусственного интеллекта, действует везде и всегда. Все события, которые мы не видим, но потом узнаем о них — примером результата её действий являются военные действия сталкеров, в результате которых мы можем найти мертвых NPC. Все перемещения «населения» Зоны также контролируются A-Life, если сталкер переходит с одной локации на другую, он на самом деле туда переходит, а не перемещается, телепортируясь с места на место.

A-Life поддерживает больше тысячи персонажей, населяющих Зону. Персонажи не являются заскриптованными, и это значит, что искусственная жизнь может развиваться сама по себе, без участия и контакта протагониста.

В NPC присутствует полный жизненный цикл (выполнение заданий, бой, отдых, питание и сон). Жизненный цикл присутствует и в разных монстрах (охота, нападение на Сталкеров и других монстров, отдых, еда и бездействие). Эти монстры могут перемещаться большими группами. Нескриптовая природа персонажей означает, что есть неограниченное количество случайных квестов. Например, спасение сталкеров от опасности, уничтожение сталкеров-ренегатов, защита или атака лагерей и баз сталкеров, поиск ценностей и артефактов. Персонажи путешествуют по всей Зоне так, как они считают целесообразным.

Для завершения игры можно использовать различные тактики, такие как стремительная атака (англ. rush), скрытные действия (англ. stealth) или снайперская стрельба из-за укрытий. На каждую из этих тактик NPC будут реагировать различными способами. Для достижения этого NPC заранее используют «Целенаправленное Планирование Действий» (англ. Goal-Oriented Action Planning).

Погодная система интегрирована в разные части ландшафта и предоставляет множество погодных эффектов, таких как солнечные дни, штормы и ливни. Ночью может встречаться яркое звёздное небо. Доступное оружие, поведение искусственного интеллекта, игровая тактика и система ранжирования зависят от погоды. В игре чуть ли не половину времени идёт дождь, а есть локации (Янтарь, Радар, Припять и ЧАЭС), в которых солнечной погоды вообще не бывает.

Мультиплеер, как и в многих других современных играх, доступен через локальную сеть (англ. LAN) и Интернет. Поддерживается до 32 игроков. На данный момент присутствует три игровых режима: сражение (англ. Deathmatch), командное сражение (англ. Team Deathmatch) и «Охота за артефактами» (англ. Artifact hunt). В игре также используется система рангов (англ. ranking system). В мультиплеере восстановлено множество локаций, вырезанных из игры. Среди них завод «Росток», Заброшенная Деревня как часть локации Darkscape. В мультиплеере воюют группировки «Свобода» и наёмники.

Воссозданная по документальным съёмкам территория Чернобыля.
Бесцензурность — авторы решили не отказываться от «русского мата», и он (в сильно «облегченной» форме) свободно фигурирует в игре во время жарких перестрелок.
Иллюзия абсолютной свободы действий (стоит присмотреться и становится ясно, что сюжет — линейный, хотя и разветвлённый с целью реализации различных вариантов финала).
Богатый арсенал оружия, разнообразие монстров, множество вариантов экипировки.
Мир игры изобилует пространственными аномалиями, что способствует ужесточению условий выживания.
Семь совершенно разных концовок.
Затягивающая мрачная атмосфера Чернобыля.

SDK (от англ. software development kit) — комплект средств разработки, который позволяет специалистам по программному обеспечению создавать приложения для определённого пакета программ, программного обеспечения базовых средств разработки, аппаратной платформы, компьютерной системы, игровых консолей, операционных систем и прочих платформ.

14 мая 2007 года была выпущена бета-версия SDK для мультиплеера.
Выпуск официального SP SDK не планируется. В связи с этим было создано несколько специальных дополнений к существующей бета-версии SDK для возможности создания SP карт. Однако, в конце 2010 года вышла следующая версия НИР.

Над саундтреком к игре трудились украинская мелодик-дэт-метал группа FireLake и Владимир «MoozE» Фрей. Песню «Dirge for the planet» в исполнении FireLake, можно услышать в бункере у Сидоровича, а также на локациях «НИИ Агропром» и «Бар», где песня иногда звучит в громкоговорителях на главном здании института и на башне у базы «Долга» соответственно. Мелодия «Gurza Dreaming» в исполнении «Addaraya» играет в баре «100 рентген».

Cаундтрек можно поделить на "внутриигровой" и "внеигровой" - песни от FireLake и Addarya используются в качестве музыки, звучащей по радио или на аудиоплеере внутри игры, в то время как композиции от MoozE в стилях Dark Ambient и Noise в жанре Ambient используются "за кадром", для создания угнетающей атмосферы заброшенности, присущей Зоне Отчуждения в S.T.A.L.K.E.R. Shadow of Chernobyl.

Список композиций:
Mutation (музыка: MoozE)
Dead Cities Pt.2 (музыка: MoozE)
Radwind Pt.1 (музыка: MoozE)
Tunnels (музыка: MoozE)
The Thing (музыка: MoozE)
S.A.D. (музыка: MoozE)
Cold/Freezing Out (музыка: MoozE)
Zone Triggers (музыка: MoozE)
Radwind Pt.2 (музыка: MoozE)
Sleeping In Ashes v.2 (музыка: MoozE)
Rads Pt.1 (музыка: MoozE)
Dirge for the Planet (текст: О.Яворский, музыка: FireLake)
Fighting unknown (музыка: FireLake)
Against the ionized odds (музыка: FireLake)

Саундтрек игры доступен для скачивания на официальном сайте игры, в формате Ogg, а также образ сборника (связка .bin + .cue). Также музыку можно «вытащить» из архивов игры, там будет 20 композиций (включая главную тему игры — Mooze — Wasteland (музыку, играющую в меню), из них некоторые в игре использованы не были. Также в период разработки игры авторы обращались к немецкому композитору Маркусу Холлеру. Его задачей было написание музыки для внутриигровых видео (Вступительного и финального) и трейлеров. Наиболее известные его треки звучат в последнем ролике Финального отсчета и трейлере посвященном смене дня и ночи. В самой игре его музыка почти не присутвует, только отрывки инструментальных треков в «снах» и мелодия (общая длительность мелодий — 10 минут), что звучит на базе «Долга».

Александр Вилков — Меченый (Стрелок), Бармен, генерал Воронин, голос группировки «Долг»;
Анатолий Богуш — Лукаш, голос группировки «Свобода» (в украинской локализации — голоса новичков);
Андрей Подубинский — Сидорович, зов Монолита;
Анжелика Гирич — голос в мультиплеере;
Евгений Малуха — профессор Круглов, Шустрый, Толик, бывалые сталкеры из группировки «Одиночки»;
Григорий Герман — Информатор, голоса бандитов, голос группировки «Наёмники»;
Иван Розин — Волк, Петруха, Лис, бывалые сталкеры из группировки «Одиночки»;
Юрий Борисенок — профессор Сахаров, Доктор;
Олег Стальчук — сталкеры из группировки «Одиночки», голос группировки «Монолит»;
Руслан Гофуров — голоса новичков;
Владимир Терещук — майор Кузнецов, голос группировки «Военные», один из голосов группировки «Бандиты»;
Андрей Прохоров — все голоса на стадии разработки ТЧ/OL, некоторые голоса в обработке остались в релизе, в том числе некоторых скриптовых диалогов.

Много современных писателей увлеклись игровым миром S.T.A.L.K.E.R.. В результате была написана серия книг, которые по-своему трактуют мир игры. Издание серии осуществляется российским издательством «Эксмо».

Список книг:
Тени Чернобыля (собрание рассказов разных авторов и фанатов игры)
Чистое Небо (собрание рассказов разных авторов, победивших во втором литературном конкурсе от компании-разработчика)
Василий Орехов — Зона Поражения
Василий Орехов — Линия Огня
Алексей Калугин — Дом На Болоте
Алексей Степанов — Дезертир
Андрей Левицкий — Выбор Оружия
Вячеслав Шалыгин — Обратный Отсчёт
Андрей Левицкий — Сердце Зоны (другое название: Операция "Чистое Небо ")
Алексей Калугин — Мечта На Поражение
Роман Глушков — Холодная Кровь
Сергей Недоруб — Песочные Часы
Дмитрий Янковский — Эпицентр Удачи
Вячеслав Шалыгин — Черный Ангел

В декабре, «S.T.A.L.K.E.R.» выиграл «Специальную Премию за Лучшую Атмосферу» на GameSpot’s Best and Worst 2007. «„S.T.A.L.K.E.R.“ уловил природу „призрачного города“ Зоны, начиная с брошенных городов и заканчивая заросшей дикой местностью. Также, игра добавляет свои собственные, не поддающиеся объяснению элементы, что делает ее в определенных игровых эпизодах почти ужасающей».
3 августа 2009 «S.T.A.L.K.E.R.: Тень Чернобыля» выиграл конкурс «ТОП-10: Твой выбор. Самые неожиданные концовки» на игровом сайте PlayGround.ru.
2 ноября 2011 «S.T.A.L.K.E.R.: Тень Чернобыля» выиграл конкурс «ТОП-10: Твой выбор. Лучшие постапокалиптические игры.» на игровом сайте PlayGround.ru

После выпуска «S.T.A.L.K.E.R.» получил благоприятные обзоры, со средней оценкой 83% в Game Rankings. В то время как игру похвалили за ее стиль и глубину, другие рецензенты описали определенные технические проблемы, упоминая число ошибок в Тенях Чернобыля.
Критики больше всего оценили игровой дизайн Зоны. GameSpot похвалил стиль и гейм-дизайн игры, заявляя, что «Это — холодная игра, но в хорошем смысле, так как она отлично передает постапокалиптическое настроение», в то время как Eurogamer назвал её «одной из самых страшных игр на PC», в продолжении сказав: «мифологическая Чернобыльская зона основана на игре предательского, мрачно красивого ландшафта».
Game Informer не находит геймплей игры особенно инновационным, но опять же хвалит основной FPS дизайн: «Сталкер не стал революцией, несмотря на все наши надежды. Однако это представительное и в некоторые моменты примечательное приключение от первого лица». GameSpot, в свою очередь, сказал, что игра обладает «одной из лучших моделей баллистики, когда-либо замеченных в играх, и в результате перестрелки как будто настоящие — вы стреляете и попадаете в противника из весьма непослушной винтовки».
После выпуска «Сталкера», критика обрушилась на него в основном за многочисленные ошибки, особенно когда игра запускалась под Windows Vista. IGN заметил, что игра «имела тенденцию зависать весьма часто, иногда делая паузу в течение трех или четырех секунд с регулярным интервалом, которые произошли на двух различных Windows XP в максимальном визуальном качестве», с даже некоторыми случаями полных падений игры.
Другим раскритикованным аспектом была история, которая в некоторых обозрениях была «несвязной», а «PC Gamer» заявил, что «неудача в конкретной истории Вашего персонажа».
Также (на неофициальных фан-сайтах) были раскритикованы квесты в игре за свою банальность ("Ой, сходи на ферму Хачатуряна да убей-ка кровососиков, а то спать мешают...").

Разработка игры началась в 2001 году с создания компанией GSC движка X-Ray, который выдавал весьма качественное изображение и поддерживал почти все современные технологии на тот день. Анонс самой игры состоялся в конце того же года. Сюжет строился по концепции Звёздных врат с постройками ацтеков. Проект получил название «Oblivion Lost» (рус. Потерянное забвение).

Мы делаем игру про зону отчуждения Чернобыльской АЭС и постараемся наиболее полно передать атмосферу и внешний вид внутренней десятикилометровой зоны. Это значит что мы создадим прототипы реально существующих построек, растительности и ландшафта приукрасив и немного пофантазировав на эту тему.
Будут «Рыжий лес», города «Припять» и «Чернобыль», «Чернобыльская АЭС».
Чернобыльская АЭС — центр зоны, цель игры не только добраться до нее, но и проникнуть внутрь.
— Из пресс-релиза игры

Однако, такая задумка показалась разработчикам вторичной, к тому же требовала проработки множества виртуальных миров, что небольшой фирме было не по силам. Требовалась уникальная для игровой индустрии идея, и в марте 2002 года, после поездки компании GSC Game World в Чернобыльскую зону отчуждения, концепция игры полностью изменилась и стала напрямую относиться к ЧАЭС. Теперь она называлась «Stalker. Oblivion Lost», но очень быстро название было изменено на «S.T.A.L.K.E.R.: Oblivion Lost», так как разработчики не смогли получить авторских прав на использовании в названии своей игры слова «сталкер». Был немного переработан движок, в частности, его графическая часть. Предварительно игру планировали выпустить в конце 2003 года.

С новым пресс-релизом первыми были разработаны две игровые территории. Первая — ранний вариант локации Кордон, ограниченный отвесными скалистыми склонами, главной достопримечательностью которого являлся завод, позже вырезанный из финальной версии игры. Один из приближенных к GSC людей отметил, что моделировали локацию, ориентируясь на некоторые местности Крыма. Второй локацией стал НИИ «МедПрибор», который впоследствии был переработан в НИИ «АгроПром».

В мае 2003 года появился издатель игры — компания THQ. По её рекомендации название изменили на окончательное — «S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl». Разработчики назвали первую более точную дату релиза — середина 2004 года. Но, в связи с переходом на новый рендер, игра в срок не вышла, и в июле 2004 года THQ официально объявила о первом переносе даты релиза на 2005 год.
В этот период появились локации ЧАЭС, Мёртвый город, Свалка, Завод «Росток», Радар, Припять и Генераторы; смоделирована смена времени суток с динамичной погодой и система симуляции A-Life.
К сентябрю 2004 года собирается практически полноценная игра: можно прогуляться по локациям, симуляция жизни работает в полную силу. Но главное достоинство игры стало её же бедой. Испытания сборки показали, что симуляция жизни непредсказуема:

Начались плейтесты, и тут нас ожидает неприятный сюрприз. С одной стороны мы получили потрясающее ощущение живого мира. С другой стороны мы поняли, что игра, которая находится полностью под управлением симуляции жизни без сюжетной последовательности событий непредсказуемая и неуправляемая с точки зрения геймдизайна. Событий было то слишком много, потом долго могло ничего не происходить. Часто возникали ситуации, когда не ясно было, куда идти и что дальше делать. Это был играбельный билд, наиболее близкий к концепции freeplay.
— Антон Большаков

Разработчики осознали необходимость доработки игры, начал формироваться сюжет.
В феврале 2005 года GSC вновь изменила дату релиза на неопределённый срок, сказав при этом — «When it’s done» (рус. «Когда будет готово»). Разработчики полностью погрузились в доработку и «усмирение» системы A-life. Кроме этого большие изменения произошли в геометрии уровней, полностью переработаны несколько локаций. В мае был детально проработан сюжет, оставшийся без изменений до самого релиза. К концу года игра была практически готова, присутствовало множество особенностей, позже вырезанных. Количество ошибок вновь заставило перенести релиз.
В 2006 году началась последняя стадия разработки: оптимизация и бета-тестирование. В марте было принято решение доработать Dx9, что несколько отодвинуло релиз. Было объявлено, что игра должна выйти в первом квартале 2007 года. Через несколько месяцев дата стала более конкретной — март 2007 года. Оставшиеся месяцы GSC тщательно дорабатывали игру и проверяли на наличие всевозможных багов и различных ошибок игры. Незадолго до релиза один из игровых сайтов опубликовал превью «S.T.A.L.K.E.R.: Shadow of Chernobyl», где было отмечено, что из игры, цитата: «…пропали медлительные зомби и стаи крыс», но в целом проекту давалась позитивная оценка. Среди фанов проекта прокатилась волна тревоги по поводу исчезнувшего из игры контента, который был заявлен ранее, но никаких комментариев от GSC не поступило.
Незадолго до релиза, игра просочилась в Интернет — будучи опубликованной на одном из файлообменников, она быстро разошлась по Интернету и многие смогли поиграть уже за несколько дней до релиза, датой которого было 23 марта. THQ и GSC Game World активно пытались перекрыть утечку.
20 марта 2007 года игра была официально выпущена. Вскоре был выпущен первый патч, обновляющий игру с версии 1.0000 до 1.0001 и устраняющий множество багов и недочётов в игре. Последний патч обновляет её до версии 1.0006.