Для съёмок впервые в плёночных кинокамерах IMAX была использована чёрно-белая плёнка.
По словам Кристофера Нолана, мысль снять в главной роли Киллиана Мерфи пришла ему в голову, когда он рассматривал фотографию Оппенгеймера на обложке книги Кая Бёрда и Мартина Шервина «Оппенгеймер: триумф и трагедия Американского Прометея» (2005), которая легла в основу сценария. Стараясь добиться большего сходства с прототипом, Мерфи сбросил вес и во время съёмок придерживался строгой диеты.
Мэтт Дэймон сделал перерыв в актёрской карьере ради жены, правда с условием, что перерыв закончится, если вдруг с предложением у себя сняться ему позвонит Кристофер Нолан. Нолан позвонил и предложил актёру роль Лесли Грова (1896-1970).
Продюсер Чарльз Ровен предложил Кристоферу Нолану и продюсеру Эмме Томас идею фильма, рассказав о книге Бёрда и Шервина «Оппенгеймер: триумф и трагедия Американского Прометея». Нолана это заинтересовало, и он попросил дать ему книгу почитать. Решиться же ему помог подарок актёра Роберта Паттинсона на вечеринке по случаю окончания работы над фантастическим боевиком «Довод». Тогда Паттинсон подарил ему сборник речей Оппенгеймера.
Мэтт Дэймон получил сценарий, который был напечатан на красной бумаге и был написан от первого лица.
В сцене первого испытания ядерной бомбы использовано сочетание реальных взрывов и компьютерных технологий. В реальных взрывах применяли смесь бензина, пропана, алюминия и магния – и макеты. Снимали всё это на большой скорости и с разных ракурсов, а затем изображения накладывали друг на друга посредством компьютерных технологий, чтобы получился классический гриб ядерного взрыва.