El guion original, escrito por Brian Duffield y revisado por Adam Cozad, preveía monstruos más similares a calamares y un monstruo final gigantesco similar a una ballena (un behemoth).

En postproducción el director William Eubank y Andrés Muschietti decidieron que el diseño original de los monstruos no fuera lo suficientemente aterrador, así que viraron hacia una atmósfera más mística inspirada en el horror cósmico de H. P. Lovecraft.

El monstruo final fue entonces sustituido por Cthulhu, la célebre criatura del mito lovecraftiano, elegida también porque es personaje de dominio público.

Kristen Stewart fue anunciada como protagonista en febrero de 2017, seguida en marzo por T.J. Miller y Jessica Henwick, y luego durante el rodaje por Vincent Cassel, Mamoudou Athie y John Gallagher Jr.

El rodaje principal se llevó a cabo durante aproximadamente dos meses en Nueva Orleans, Luisiana, a partir de marzo/abril de 2017.

La banda sonora de la película fue compuesta por Marco Beltrami y Brandon Roberts.

En el final alternativo, no incluido en la versión cinematográfica, Norah logra alcanzar y reparar una cápsula de salvamento dañada, escapando poco antes de que el Roebuck explote.

Underwater fue la última película distribuida bajo la marca 20th Century Fox antes de que el estudio fuera renombrado 20th Century Studios el 17 de enero de 2020, poco después del estreno de la película.

La película resultó ser un fracaso comercial, recaudando aproximadamente 40-41 millones de dólares en todo el mundo frente a un presupuesto de producción estimado entre 50 y 80 millones de dólares.