Das Projekt entwickelte sich seit 1997, als Universal Pictures und DreamWorks die Rechte an Scott Mitchell Rosenbergs Konzept erwarben, das damals als entstehender Comic beschrieben wurde. Steve Oedekerk sollte ursprünglich das Drehbuch schreiben und den Film inszenieren, verließ das Projekt 1998 jedoch zugunsten eines Remakes von 'The Incredible Mr. Limpet' mit Jim Carrey.
Erst nach der Veröffentlichung des Graphic Novels 2006 vereinten Universal und DreamWorks ihre Kräfte erneut, um die Geschichte auf die Leinwand zu bringen, und Jon Favreau kam im September 2009 als Regisseur an Bord.
Die Rolle des Jake Lonergan sollte ursprünglich Robert Downey Jr. als Charakter Zeke Jackson spielen, verließ das Projekt jedoch im Januar 2010, um in 'Sherlock Holmes: Spiel der Schatten' zu spielen, und Daniel Craig übernahm seinen Platz.
Weil Harrison Ford sich die Zuschauer vor allem mit Indiana Jones assoziieren, vermieden die Filmemacher bewusst, ihm einen Cowboyhut aufzusetzen, der zu sehr an diese Rolle erinnert hätte.
Die Figur Doc, gespielt von Sam Rockwell, wurde im ursprünglichen Drehbuch als großer Mexikaner beschrieben, aber nachdem Favreau und die Drehbuchautoren von Rockwells Interesse am Film erfuhren, wurde die Rolle umgeschrieben und speziell für ihn erweitert.
Jon Favreau, bekannt dafür, dass er in seinen Filmen in Cameos auftritt, verzichtete auf einen Cameo in 'Cowboys & Aliens', da er der Meinung war, dass dies den Ton des Films stören könnte – sein Gesicht erscheint nur auf einem Fahndungsplakat als die Figur 'Todd Kravitz'.
Trotz des Drucks des Studios, den Film in 3D-Technik zu drehen, beschloss Favreau, traditionell im anamorphotischen Format auf 35-Millimeter-Filmband zu drehen, um das 'Klassische Kino' zu bewahren – er war der Ansicht, dass eine Umwandlung in 3D wie das Kolorieren eines Schwarzweißfilms wäre.
Die Dreharbeiten begannen am 30. Juni 2010 in den Albuquerque Studios in New Mexico und fanden unter anderem in Plaza Blanca statt, einem Ort, der zuvor in Western wie '3:10 to Yuma' und 'Young Guns' genutzt wurde.
Während der Dreharbeiten einer Reitszene wurde Olivia Wilde von einem Pferd abgeworfen und wäre beinahe von herannahenden Reitern niedergetrampelt worden – Walton Goggins rettete sie, indem er sein Pferd seitwärts stellte, so dass er stattdessen getroffen wurde.
Die Köpfe der Aliens wurden auf der Grundlage von Meeresschildkröten entworfen, nachdem Favreau während einer Reise nach Hawaii auf sie gestoßen war.
Während der Dreharbeiten der Schlacht zwischen Cowboys und Außerirdischen schossen die Schauspieler von Pferden auf Männer in grauen Anzügen und dreieinhalb Meter hohen Hüten und zielten auf Gesichter, die Jon Favreau persönlich auf die Spitzen dieser Hüte gemalt hatte.
Um die pilzförmigen Wunden der Außerirdischen zu entwerfen, durchsuchte der Textur-Supervisor Martin Murphy das Internet nach echten Fotos von Schimmel und Flechten auf Bäumen und schuf schließlich ein Muster, das einem 'Spiegelei' glich.
Steven Spielberg, einer der ausführenden Produzenten, besuchte die Crew während der Vorproduktion und organisierte eine private Vorführung klassischer Western wie 'Stagecoach', 'My Darling Clementine' und 'Destry Rides Again' und kommentierte live, wie man Western richtig dreht.
Die Szene, in der Craigs Charakter auf einem Pferd eine Schlucht hinabfährt und auf ein Raumschiff springt, war eine Hommage an klassische Westernszenen, in denen Cowboys auf einen fahrenden Zug sprangen, und bezog sich auch direkt auf die Verfolgungsjagd nach dem Lastwagen in 'Jäger des verlorenen Schatzes'.
Das gekippte Dampfschiff, das mitten in der Wüste auftaucht, ist eine Anspielung auf 'Unheimliche Begegnung der dritten Art', und die Szenen in seinem Inneren waren eine bewusste Hommage an den Film 'Alien - Das unheimliche Wesen aus einer fremden Welt'.
Trotz eines Budgets von 163 Millionen Dollar und einer weltweiten Gesamteinnahme von etwa 175 Millionen Dollar wurde der Film als finanzieller Misserfolg angesehen – 2014 setzte ihn die Los Angeles Times auf die Liste der teuersten Box-Office-Flops in der Filmgeschichte.
Das gekippte Dampfschiff, das im Film auftaucht, wird vermutlich von der Legende eines echten Schiffes namens Iron Mountain inspiriert, das unter mysteriösen Umständen mit zwei Barken in der Nähe von Vicksburg verschwand und später auf einem Baumwollfeld weit entfernt vom Fluss gefunden wurde.
