United Artists genehmigte nach dem Erfolg von Dr. No eine Fortsetzung und verdoppelte das Budget der Produzenten auf 2 Millionen Dollar; auch Sean Connery erhielt zusätzlich zu seinem Gehalt von 54.000 Dollar einen Bonus von 100.000 Dollar.
Die Produzenten wählten den Roman als Vorlage, weil US-Präsident John F. Kennedy Ian Flemings Buch in einem Life-Interview zu seinen zehn Lieblingsbüchern gezählt hatte. Der Film war zudem der letzte, den Kennedy sich im Weißen Haus ansah, kurz vor seiner Ermordung am 20. November 1963.
Für die Verfilmung wurde die sowjetische Gegenspionageorganisation SMERSH aus dem Roman durch das fiktive Verbrechersyndikat SPECTRE ersetzt, um kontroverse politische Anspielungen im Kalten Krieg zu vermeiden.
Der ursprüngliche Drehbuchautor Len Deighton reiste zwar mit Harry Saltzman, Syd Cain und Terence Young nach Istanbul, wurde aber wegen mangelnden Fortschritts ersetzt; stattdessen kehrten Johanna Harwood und Richard Maibaum aus Dr. No zurück, unterstützt durch nicht namentlich genannte Überarbeitungen von Berkely Mather.
Für die Rolle der Tatiana Romanova wurden zahlreiche Schauspielerinnen erwogen, darunter Sylva Koscina, Virna Lisi, Annette Vadim, Magda Konopka, Pia Lindström und Tania Mallet, bevor die Wahl auf Daniela Bianchi fiel, angeblich auf Wunsch von Sean Connery.
Daniela Bianchis Dialoge wurden trotz ihrer Englischkurse für die Rolle von der britischen Bühnenschauspielerin Barbara Jefford nachsynchronisiert.
Die Szene, in der Bond Tatiana in seinem Hotelbett findet, diente als Bianchis Bond-Vorsprechszene, wobei Anthony Dawson für Bond einsprang; diese Szene wurde später zur traditionellen Vorsprechszene für künftige Bond-Darsteller und Bond-Girls.
Pedro Armendáriz, der Ali Kerim Bey spielte, wurde während der Dreharbeiten in Istanbul mit inoperablem Krebs diagnostiziert; seine Szenen wurden vorgezogen, damit er sie noch abschließen konnte, und Regisseur Terence Young sprang danach als sein Double ein. Kurz nach Abschluss seiner Arbeit nahm sich Armendáriz das Leben.
Schauspieler Robert Shaw lehnte die Rolle des Red Grant zunächst wegen des Drehbuchs ab, ließ sich aber von seiner damaligen Verlobten Mary Ure überreden; die Rolle startete seine Filmkarriere. Der Wrestler Joe Robinson war ebenfalls für die Rolle im Gespräch.
Desmond Llewelyn, ein Fan des James-Bond-Comicstrips im Daily Express, übernahm die Rolle des Major Boothroyd (später als Q bekannt), weil Peter Burton nicht verfügbar war; er blieb bis zu seinem Tod 1999 in fast allen Bond-Filmen in dieser Rolle.
Während der Dreharbeiten zur Bootsverfolgungsjagd in Argyll, Schottland, stürzte der Helikopter von Regisseur Terence Young am 6. Juli 1963 ins Wasser und sank in 12 bis 15 Metern Tiefe; alle Insassen kamen mit leichten Verletzungen davon, und Young drehte trotzdem den ganzen Tag weiter.
Wenige Tage nach dem Helikopterunfall schlief Daniela Bianchis Fahrer bei der Fahrt zu einem frühen Drehtermin ein und verursachte einen Autounfall, bei dem sich die Schauspielerin das Gesicht verletzte, sodass ihre Szenen zwei Wochen lang pausiert werden mussten.
Die Rattenszene nach dem Diebstahl des Lektor-Geräts wurde in Spanien gedreht, da in Großbritannien Dreharbeiten mit wilden Ratten verboten waren; ein Versuch, in der Türkei mit kakaobraun gefärbten weißen Ratten zu drehen, scheiterte.
Bei der Explosion für den Bootsverfolgungs-Finale in Pinewood geriet die Sprengung außer Kontrolle und verbrannte Walter Gotell die Augenlider sowie verletzte drei Stuntmen schwer.
Der Kampf zwischen Bond und Grant im Zugabteil dauerte drei Wochen Drehzeit und war so brutal choreografiert, dass sich Teile des Filmteams Sorgen machten; Robert Shaw und Sean Connery führten die meisten Stunts selbst aus.
Der Hubschrauber-Verfolgungsjagd wurde teilweise mit einem ferngesteuerten Modellhubschrauber gefilmt, da ein echter Helikopter nur schwer zu beschaffen war und das Spezialeffekte-Team beinahe verhaftet wurde, als es versuchte, einen bei einem lokalen Luftwaffenstützpunkt zu organisieren.
Für Werbefotos mit Sean Connery und einer Walther-Pistole wurde, weil die Requisitenpistole nicht rechtzeitig eintraf, die private Luftpistole des Fotografen David Hurn (Modell Walther LP-53) verwendet; dieses Modell wurde 2010 bei Christie's für 277.250 Pfund versteigert.
Die Eröffnungsschachpartie zwischen Kronsteen und McAdams ist eine Nachstellung der echten Partie Spasski gegen Bronstein von der sowjetischen Meisterschaft 1960.
Die Trainingslager von SPECTRE wurden vom Film Spartacus inspiriert, während die Hubschrauberjagd von der Feldbespritzungs-Szene aus Alfred Hitchcocks North by Northwest angeregt wurde.
Frank Sinatra wurde für den Titelsong in Erwägung gezogen, lehnte das Angebot aber ab; letztlich sang Matt Monro das von Lionel Bart komponierte Titellied.
In diesem Film führte Komponist John Barry erstmals das perkussive Actionthema „007“ ein, das später als zweites inoffizielles James-Bond-Thema bekannt wurde.
Der Film führte mehrere Konventionen ein, die zu festen Bestandteilen der Bond-Reihe wurden: eine Pre-Title-Sequenz, den Charakter Blofeld, ein Geheimwaffen-Gadget für Bond, eine Hubschrauberszene sowie den Abspannsatz „James Bond will return“.
From Russia with Love wurde 2004 vom Total Film Magazine als neuntbester britischer Film aller Zeiten ausgezeichnet und war damit der einzige Bond-Film auf dieser Liste.
