Comme pour la série, Demon Slayer -Kimetsu no Yaiba- Le Film : Le train de l'infini est animé par le studio ufotable et est réalisé par SOTOZAKI Haruo (Ninin ga Shinobude, Tales of Symphonia the Animation et Tales of Zestiria the X). Le poste de character designer est une nouvelle fois occupé par MATSUSHIMA Akira (Maria-sama ga Miteru, Tales of Symphonia the Animation ou encore Tales of Zestiria the X). La composition musicale est assurée par SHIINA Gō (God Eater, Tales of Zestiria the X ou encore Dimension W).
Le groupe de Tanjirô a terminé son entraînement de récupération au domaine des papillons et embarque à présent en vue de sa prochaine mission à bord du train de l'infini, d'où quarante personnes ont disparu en peu de temps.
Tanjirô et Nezuko, accompagnés de Zen'itsu et Inosuke, s'allient à l'un des plus puissants épéistes de l'armée des pourfendeurs de démons, le Pilier de la Flamme Kyôjurô Rengoku, afin de contrer le démon qui a engagé le train de l'Infini sur une voie funeste.