Движок был разработан на Украине группой людей, уволенных (по другой версии — добровольно ушедших) из компании GSC Game World за год до выхода S.T.A.L.K.E.R.: Тень Чернобыля. В первую очередь это Олесь Шишковцов и Александр Максимчук, работавшие в качестве программистов над разработкой движка X-Ray, использованного в серии компьютерных игр «S.T.A.L.K.E.R.». Движок изначально создавался с возможностью запуска на персональных компьютерах, Xbox 360 и PlayStation 3. Однако версия «Metro 2033» для PlayStation 3 не была выпущена.

Шишковцов с коллегами покинули компанию во время разработки S.T.A.L.K.E.R из-за проблем с движком X-Ray. По словам Олеся, он не поддерживал мультипоточность, был оснащен слабой и неудовлетворительно работающей сетевой моделью, плохо управлялись ресурсы и память, что в целом не позволяло пользоваться потоковой передачей данных, как и общий уровень его возможностей не походил для 'next-gen'-консолей. Также, по его же словам, движок имел «ужасный текстовый скриптинг» (X-Ray был написан в 2000 году), что приводило к задержкам в оригинальной игре.

Движок поддерживает мультипоточность таким образом, что только PhysX обладает выделенным потоком, и использует задачную модель (англ. task-model) без какой-либо предварительной проверки состояний или пред/постсинхронизации, тем самым позволяя задачам выполняться параллельно. Когда во время разработки замерялось быстродействие на Xbox 360, то задачи выполнялись со скоростью «примерно 3000 заданий при 30 мс кадрах для Xbox 360 в сценах с сильной нагрузкой на CPU и загрузкой всех аппаратных потоков на 100 %». Шишковцов также говорил, что архитектура чипа NV40 графического процессора RSX в PlayStation 3 оказалась весьма удобной для разработки, отметив также, что там было и множество «пустых циклов». Движок может использовать отложенный шейдерный конвейер (англ. deferred shading pipeline) и тесселяцию для большей производительности, а также поддерживает HDR (полностью, в том числе и со смещением в голубом цвете), отражения в реальном времени (англ. real-time reflections), цветовую коррекцию, зернистость и шум, характерные для кинопленки, и многоядерную обработку.

Игра «Metro 2033» продемонстрировала довольно неплохую реализацию объемного тумана, двойную точность в PhysX-расчетах, размытие объектов, разбитие подповерхностей для шейдеров покрытия, parallax mapping для всех поверхностей и высокую геометрическую детализацию при не слишком ресурсоемких LOD-объектах.

Благодаря использованию PhysX движок получил множество возможностей, например, разрушаемое окружение, симуляцию изгибов на одежде, волны на воде и другие элементы, полностью подверженные влиянию окружающей среды. Звуковая часть в движке обладает поддержкой 3D-позиционирования, создавая впечатление пространства и расположения источника звука.