El proyecto se originó en 1984 cuando Keith Walker concibió la historia mientras trabajaba en The Goonies junto al director Richard Donner, quien más tarde sería productor ejecutivo de Free Willy.

En el guion original, el personaje de Jesse era un niño mudo de 10 años que vivía con monjas; Richard y Lauren Shuler Donner contrataron al guionista Corey Blechman para actualizar la historia y convertir a Jesse en un adolescente más rebelde y menos sentimental.

Free Willy marcó el debut cinematográfico del actor Jason James Richter en el papel de Jesse.

Los productores buscaron una orca por Estados Unidos, Japón, Francia, España y Argentina antes de elegir a Keiko, una orca de doce años que vivía desde 1985 en el parque Reino Aventura de Ciudad de México.

El equipo filmó a Keiko en Reino Aventura mientras el parque estaba en renovación, usando un decorado de madera para simular que el escenario acuático se encontraba en el Pacífico Noroeste.

Tras el rodaje en México, la producción se trasladó a Oregón y Washington, filmando en localizaciones como Ecola State Park, Pioneer Courthouse Square y Oaks Amusement Park; la escena climática del salto se rodó en Hammond Marina, en Warrenton, usando un lanzador para impulsar el animatrónico de Willy.

Alrededor de la mitad de los planos de la orca en la película se lograron con un animatrónico en lugar de la orca real, y el salto final del clímax utilizó extensamente efectos de CGI.

Todas las acrobacias con Keiko fueron realizadas por el joven entrenador de orcas Justin Sherbert, también conocido por su nombre artístico Justin Sherman.

Michael Jackson escribió, produjo e interpretó el tema "Will You Be There", incluido en su álbum Dangerous de 1991, que suena en los créditos finales y ganó el MTV Movie Award a Mejor Canción de una Película en 1994.

El enorme éxito de la película inspiró una campaña de cartas llamada "Free Keiko" para liberar a la orca real de su cautiverio en Reino Aventura, lo que llevó a Warner Bros. a financiar su rehabilitación y traslado a un acuario en Oregón y luego a Islandia.

Keiko fue finalmente liberado en el verano de 2002 desde un corral marino en Islandia y nadó hasta Noruega, pero nunca logró integrarse plenamente con una manada salvaje y murió de neumonía el 12 de diciembre de 2003.

El clímax de la película ha sido parodiado varias veces en la cultura popular, incluyendo referencias en Los Simpsons, South Park, Escuela de Rock y Scary Movie 4.