On Her Majesty's Secret Service estaba inicialmente destinado a ser la siguiente película de Bond después de Thunderball, pero los productores optaron por You Only Live Twice porque OHMSS habría requerido buscar ubicaciones altas y nevadas.
El director Lewis Gilbert inicialmente rechazó dirigir la película, pero aceptó después de que el productor Albert R. Broccoli le dijera que no podía renunciar a un trabajo con 'la audiencia más grande del mundo'.
El equipo de búsqueda de localizaciones, incluidos el director Lewis Gilbert, el director de fotografía Freddie Young, los productores Broccoli y Harry Saltzman, y el diseñador Ken Adam, cancelaron su vuelo de regreso reservado al Reino Unido (BOAC Flight 911) para ver una demostración de artes marciales ninja; ese vuelo se estrelló 25 minutos después del despegue, matando a todos a bordo.
La sede de SPECTRE fue cambiada de una fortaleza costera a un volcán extinto después de que los cineastas se enteraron de que los japoneses no construyen castillos junto al mar.
El editor Peter R. Hunt, que había querido dirigir la película pero fue rechazado, fue encontrado en vacaciones en Tokio por el equipo y en su lugar fue contratado para dirigir la segunda unidad.
El primer borrador del guión de la novela original por Sydney Boehm seguía de cerca el libro de Ian Fleming, pero los productores trajeron a Harold Jack Bloom para rehacer la historia en Japón; aunque su guión fue rechazado, se conservaron elementos como la falsa muerte de Bond y su entierro en el mar y el ataque ninja, ganándole un crédito de 'Material de Historia Adicional'.
El guionista Roald Dahl, amigo cercano de Ian Fleming sin experiencia previa en guiones, llamó a la novela original 'el peor libro de Fleming, sin trama alguna que pudiera convertirse en película' y dijo que solo podía retener cuatro o cinco ideas de ella, inventando en gran medida una nueva trama inspirada en un incidente de un bombardero nuclear desaparecido sobre España y los primeros paseos espaciales soviético y estadounidense.
Jan Werich estaba originalmente asignado como Blofeld, pero después de que los productores sintieron que se parecía a un 'Papá Noel pobre y benevolente' y no era lo suficientemente amenazante, fue reemplazado a mitad de la filmación por Donald Pleasence, quien desarrolló la cicatriz del personaje después de considerar una joroba, cojera, barba y mano lisiada.
La actriz Mie Hama estaba inicialmente asignada como asistente de Tanaka pero tuvo dificultades con el inglés y casi es despedida; después de que su co-actor Tetsurō Tamba sugirió que podría suicidarse si era descartada, los productores en su lugar intercambiaron su papel con Akiko Wakabayashi, que había sido asignada como Kissy.
Durante la filmación del autogiro 'Little Nellie' enfrentándose a helicópteros, el pie del camarógrafo John Jordan fue cortado por el rotor de un helicóptero debido a la corriente descendente; fue reimplantado quirúrgicamente pero luego amputado en Londres, y Jordan continuó trabajando en la serie de Bond con una prótesis de pie.
Debido a que el gobierno japonés no permitiría que se filmaran explosiones en un parque nacional, el equipo trasladó las tomas con explosivos del clímax del volcán a Torremolinos, España, que se encontró que se parecía al paisaje japonés.
El set de la base volcánica de SPECTRE, incluyendo un helipuerto y un monorriel, fue construido en Pinewood Studios a un costo de 1 millón de dólares y se alzaba 45 metros (148 pies) de altura, visible desde 5 kilómetros de distancia, atrayendo a muchos espectadores locales.
Nancy Sinatra grabó la canción de título después de que su padre Frank Sinatra rechazara la oportunidad; reportadamente estaba muy nerviosa durante la grabación, en un momento queriendo abandonar el estudio e bromeando que a veces sonaba como Minnie Mouse, con el compositor John Barry señalando que la pista final utilizó 25 tomas diferentes.
Una canción de título diferente fue originalmente grabada por Julie Rogers pero descartada, con solo dos líneas sobreviviendo a la letra final; otra versión alternativa cantada por Lorraine Chandler fue posteriormente descubierta en las bóvedas de RCA Records y se hizo popular en la escena de Northern soul.
La entonces esposa de Sean Connery, Diane Cilento, realizó las escenas de natación para al menos cinco actrices japonesas, incluyendo Mie Hama.
