Richard Kelly schrieb das Drehbuch im Oktober 1998 und benötigte genau 28 Tage, um es fertigzustellen, was den 28-Tage-Countdown bis zum Ende der Welt im Film widerspiegelt.
Das zentrale Bild eines Düsentriebwerks, das in ein Haus stürzt, wurde von einer Nachrichtengeschichte inspiriert, die Kelly aus seiner Kindheit in Erinnerung hatte – ein Stück Eis, das von der Tragfläche eines Flugzeugs fiel und durch das leere Schlafzimmer eines Jungen krachte.
Kelly entwickelte das Konzept der Zeitreise und alternativer Universen im Film, nachdem er Stephen Hawkings Eine kurze Geschichte der Zeit gelesen hatte.
Francis Ford Coppola traf sich während der Entwicklung mit Kelly und wies auf einen Satz von Karen hin, in dem sie sagte, dass Eltern keine Ahnung hätten, und erklärte Kelly, dass dies das Thema seines gesamten Films sei.
Vince Vaughn wurde die Rolle des Donnie früh angeboten, lehnte aber ab, da er sich für diese Rolle zu alt fühlte, während Mark Wahlberg ebenfalls angesprochen wurde, aber darauf bestand, Donnie mit einem Lispeln zu spielen.
Jason Schwartzman einigte sich ursprünglich auf die Rolle des Donnie und seine Beteiligung trug zur Sicherung der Finanzierung bei, zog sich aber kurz vor den Dreharbeiten aufgrund von Terminproblemen zurück, woraufhin Jake Gyllenhaal besetzt wurde.
Jake Gyllenhaal kam auf die Idee, seine echte Schwester Maggie Gyllenhaal für die Rolle seiner Filmschwester Elizabeth Darko zu besetzen.
Seth Rogen machte sein Spielfilmdebüt in Donnie Darko.
Der gesamte Film wurde im Sommer 2000 in nur 28 Tagen gedreht, hauptsächlich in Long Beach, Kalifornien, was dem eigenen 28-Tage-Countdown des Films entsprach.
Richard Kelly verlor aufgrund des Stresses, seinen ersten Spielfilm unter einem engen Zeitplan zu drehen, und des Drucks, sich gegenüber dem Cast und der Crew zu beweisen, zwanzig Pfund.
Der Produktionsdesigner kaufte ein echtes Düsentriebwerk für 10.000 Dollar, und die Szene, in der es in Donnies Schlafzimmer stürzt, wurde in einer einzigen Aufnahme mit einer Druckluftpistole erreicht, die die Hülle durch das Set trieb.
Während der Produktion erinnerte sich Kameramann Steven Poster daran, dass Menschen darauf bestanden, dass Düsentriebwerke nicht von Flugzeugen fallen, doch tatsächlich fiel damals ein geschirerspülmaschinen-großer Motorteil von einem Boeing 747 auf einen Strand.
Patrick Swayze ließ sein Haar speziell für seine Rolle frosten, und die motivierenden Infomercial-Clips für seinen Charakter wurden auf seiner eigenen Ranch gedreht.
Der Film wurde im Anamorphot-Format auf Kodak 800 ASA Filmstock gedreht, obwohl Bedenken bestanden, dass es körnig wirken würde – eine Entscheidung, die teilweise getroffen wurde, um die niedrigen Decken, die an den Drehorten üblich waren, nicht einzufangen.
Die Sparkle-Motion-Tanzszene wurde ursprünglich nach Pet Shop Boys' 'West End Girls' choreografiert und gedreht, aber die Rechte konnten nicht gesichert werden, daher wurde sie für die endgültige Fassung durch Duran Durans 'Notorious' ersetzt.
Das Gary Jules und Michael Andrews Cover von 'Mad World', das für das Ende des Films verwendet wurde, wurde später eine britische Nummer-eins-Single und das Weihnachts-Nummer-eins-Lied des Landes 2003.
Die Werbung des Films zeigte einen Flugzeugabsturz, der nur sechs Wochen nach dem 11. September kam, was seine Promotion stark einschränkte und zu den schlechten anfänglichen Kinoeinnahmen von nur 517.375 Dollar beitrug.
Nach der Veröffentlichung auf Heimvideo 2002 veranstaltete das Pioneer Theatre in New York Mitternachtsvorführungen von Donnie Darko, die 28 aufeinanderfolgende Monate liefen und wiederum das 28-Tage-Motiv des Films widerspiegelten.
Ein spielbarer Charakter-Skin basierend auf Frank dem Kaninchen wurde im Oktober 2021 für das Videospiel Call of Duty: Black Ops Cold War veröffentlicht.
