El desarrollo de la película comenzó durante el confinamiento por la COVID-19: Jeff Loveness fue contratado para escribir el guion en los primeros días del cierre de Hollywood y ya trabajaba en el libreto en abril de 2020.

Marvel Studios no planeaba inicialmente que la 'Saga del Multiverso' girara en torno a Kang, pero decidió centrarla en él tras ver la actuación de Jonathan Majors en la primera temporada de Loki y los diarios de rodaje de Quantumania.

Jonathan Majors fue elegido para interpretar a Kang sin audición, después de que Marvel quedara impresionado con su actuación en The Last Black Man in San Francisco (2019); el actor participó en el proyecto 'desde el principio' incluso antes de unirse a la serie Loki.

Para el papel de Kang, Majors ganó 4,5 kg de músculo mediante entrenamiento de fuerza y acondicionamiento físico, y se inspiró en figuras históricas como Alejandro Magno, Genghis Khan y Julio César.

Kathryn Newton, quien interpreta a Cassie Lang, había audicionado originalmente para el papel de Kate Bishop en la miniserie Hawkeye antes de que ese papel fuera para Hailee Steinfeld.

Tip 'T.I.' Harris no regresó como el personaje Dave de las dos primeras películas de Ant-Man; aunque la noticia coincidió con acusaciones de abuso sexual contra él y su esposa, nunca estuvo confirmado que volviera a la secuela.

Bill Murray aceptó participar en la película pese a no sentirse atraído por el cine de superhéroes, simplemente porque le gustaba el director Peyton Reed y su trabajo en Bring It On (2000).

El rodaje comenzó en Capadocia, Turquía, en febrero de 2021, y la producción principal se desarrolló en los estudios Pinewood de Buckinghamshire bajo el título de trabajo 'Dust Bunny'.

Durante el rodaje en Pinewood Studios, más de 50 miembros del equipo técnico (principalmente de Quantumania y de Indiana Jones and the Dial of Destiny) se contagiaron de norovirus en un brote registrado en el estudio, aunque el elenco principal no se vio afectado.

Varias escenas que involucraban a Bill Murray y al personaje de Katy O'Brian (Jentorra) fueron finalmente descartadas del montaje, lo que provocó que la aparente muerte del personaje de Murray resultara confusa.

Para representar el Reino Cuántico se utilizó la misma tecnología de producción virtual StageCraft de Industrial Light & Magic que Peyton Reed empleó al dirigir episodios de The Mandalorian.

Debido a los cambios en la fecha de estreno, la posproducción se redujo en cuatro meses y medio, lo que obligó a añadir apresuradamente al menos diez escenas de efectos visuales a última hora, mientras varios estudios de VFX debían repartir recursos con Black Panther: Wakanda Forever.

La escena de la escena poscréditos con el Consejo de Kangs, con cientos de variantes llenando una arena, hace referencia visual a la primera aparición del consejo en los cómics de The Avengers #292 (junio de 1988).

En una escena, un hombre le pide una foto a Scott confundiéndolo con Spider-Man, y otro personaje que le pide una foto con su perro está interpretado por Mark Oliver Everett, líder de la banda Eels, cuyo padre fue el físico cuántico Hugh Everett III, creador de la interpretación de los muchos mundos.

Marvel Studios solicitó una citación judicial contra Reddit y Google para identificar a la persona que filtró el guion y los subtítulos de la película en enero de 2023, lo que provocó que el subreddit r/MarvelStudiosSpoilers se volviera temporalmente privado.

Pese a un presupuesto de producción bruto de 388,4 millones de dólares, la película fue un fracaso de taquilla al recaudar 476,1 millones a nivel mundial, muy por debajo del punto de equilibrio estimado de 600 millones.

Michael Douglas afirmó que había pedido que su personaje, Hank Pym, muriera en esta película y que, al no ocurrir así, se sintió decepcionado, señalando en 2024 que probablemente no aparecería en una cuarta entrega.