Tom Hardy audicionó para el papel de Shinzon después de que Patrick Stewart pidiera al agente de Hardy si alguno de sus clientes podría ser adecuado; Hardy estaba filmando en Marruecos en ese momento e utilizó una escena diferente, parcialmente desnuda, de un guión completo que obtuvo en lugar del texto de audición solicitado.

La prueba de pantalla en persona de Hardy con Stewart salió mal según su propio relato, pero una cinta que había grabado de sí mismo realizando la misma escena en una habitación de hotel la noche anterior impresionó al director Stuart Baird, lo que llevó a su casting como Shinzon días después.

Baird y el productor Rick Berman buscaron un actor que se pareciera a un Patrick Stewart más joven, en algún momento considerando a Jude Law, antes de que Baird insistiera en el casting de un actor desconocido para el papel de Shinzon.

El escritor John Logan, el productor Rick Berman y el actor Brent Spiner pasaron casi dos años desarrollando el concepto de la película, eligiendo a los romulanos como antagonistas en lugar de los klingons e inventando a los remanos basándose en la teoría de Logan de que el segundo planeta del escudo romulan se refería a una especie no vista.

Patrick Stewart se opuso a una idea de historia temprana en la que Shinzon se revelaría como el hijo perdido de Picard en lugar de su clon, sintiendo que ese concepto ya había sido explorado y ofrecía dinámicas emocionales menos interesantes.

Los productores consideraron traer de vuelta a Spock o al personaje Sela para la historia pero abandonaron ambas ideas, preocupados de que distrajeran de la trama o confundieran a los espectadores ocasionales.

El director Stuart Baird no tenía ningún trasfondo particular en Star Trek y, a pesar de que Jonathan Frakes estaba en el elenco y había dirigido las dos películas de Star Trek anteriores, optó por no consultarle sobre decisiones de dirección.

El primer montaje reunido de la película duraba 160 minutos y fue muy recortado a menos de dos horas, cortando escenas como la partida de Crusher hacia un nuevo puesto médico, La Forge saliendo con Leah Brahms y la aparición de Wesley Crusher en la boda.

El equipo de la maquilladora Michael Westmore creó prótesis de látex moldeadas desde la cara de Patrick Stewart para hacer que Tom Hardy se le pareciera, incluyendo múltiples piezas de nariz y barbilla y una cicatriz falsa añadida para reducir visualmente el tamaño de los labios de Hardy.

La casa de efectos Digital Domain contribuyó con más de 30 minutos de metraje en aproximadamente 400 tomas, trabajando con solo cinco meses para la mayor parte de los efectos ya que gran parte del trabajo de secuencias no llegó hasta mayo de 2002; aproximadamente el 15% de la carga de trabajo fue subcontratada a otros estudios.

El modelo digital inicial de la nave estelar Scimitar superaba los dos millones de polígonos y tardaba dos horas en renderizar un solo fotograma, lo que llevó a los artistas a reducirlo a aproximadamente 1,5 millones de polígonos por practicidad.

Para la colisión climática, se construyó un modelo práctico de 17 pies de la sección de platillo de la Enterprise y fue físicamente estrellado contra un modelo del Scimitar, en lugar de depender enteramente de CGI.

El compositor Jerry Goldsmith, quien había compuesto la banda sonora de múltiples películas de Star Trek anteriores y trabajó con Baird en sus dos películas anteriores, escribió la banda sonora de Nemesis como uno de sus últimos trabajos antes de su muerte en 2004, abriéndola y cerrándola con su tema de Star Trek: The Motion Picture e incorporando un breve fragmento de 'Blue Skies' de Irving Berlin.

Nemesis fue la primera película de Star Trek que no debutó como la película número uno en la taquilla estadounidense, abriéndose en segundo lugar aproximadamente $200,000 detrás de Maid in Manhattan, y continuó ganando el menor recaudación doméstica de la franquicia en ese momento.

Los miembros del elenco LeVar Burton y Marina Sirtis criticaron posteriormente al director Stuart Baird por no haber visto ningún episodio de The Next Generation, y Jonathan Frakes dijo que habría dado más tiempo de pantalla al elenco regular y hecho menos central al villano si lo hubiera dirigido.

Jonathan Frakes se perdió el estreno de Los Ángeles de la película en el Grauman's Chinese Theatre porque estaba fuera dirigiendo la película Thunderbirds.