Tom Cruise fundó su propia productora, Cruise/Wagner Productions, en 1992 y eligió Misión: Imposible como su proyecto inaugural, convenciendo a Paramount de aportar 70 millones de dólares de presupuesto.

El desarrollo comenzó con el cineasta Sydney Pollack, pero tras dos borradores de guion que no convencieron a nadie, De Palma incorporó a los guionistas Steven Zaillian, David Koepp y finalmente Robert Towne, este último llegando a ser el guionista principal mientras Koepp fue despedido y luego recontratado.

La producción comenzó sin un guion terminado: De Palma diseñó primero las secuencias de acción y Towne tuvo que organizar después un principio, desarrollo y final para justificar esas escenas.

Praga fue elegida por sugerencia de De Palma para ambientar el primer acto, siendo una de las primeras películas de Hollywood rodadas y ambientadas en la Praga contemporánea, con escenas en el Puente de Carlos, el Museo Nacional y la Plaza de la Ciudad Vieja.

Para la escena del restaurante con peceras gigantes (idea del propio Cruise), había 16 toneladas de agua en los tanques; tras probar con un doble sin resultados convincentes, De Palma pidió a Cruise que hiciera la escena él mismo pese al riesgo de ahogarse.

Durante el rodaje de la escena del robo en la bóveda, en la que Cruise queda suspendido de un cable, el actor colocó monedas de libra esterlina en sus zapatos para usarlas como contrapeso y mantenerse nivelado.

Las autoridades ferroviarias francesas inicialmente se negaron a prestar el TGV para el clímax del tren; De Palma visitó vías férreas en dos continentes buscando alternativas hasta que Cruise invitó a cenar a los propietarios del TGV y al día siguiente obtuvieron el permiso.

Para la escena del tren, Cruise quería un viento tan potente que pudiera arrancarlo del vagón; recordó un simulador de paracaidismo que había usado en su entrenamiento y localizó la única máquina de ese tipo en Europa, generando vientos de hasta 225 km/h para distorsionar su rostro.

Las tomas exteriores del tren se filmaron en la línea ferroviaria Glasgow South Western, mientras que la mayor parte de la secuencia se rodó en un plató con pantalla azul y fue digitalizada posteriormente por Industrial Light & Magic.

Por consejo de George Lucas, se eliminó una sofisticada secuencia inicial que presentaba un triángulo amoroso entre Jim Phelps, su esposa Claire y Ethan Hunt, porque sacaba al público de prueba 'fuera del género'.

Alan Silvestri fue contratado originalmente para componer la banda sonora y llegó a grabar unos 20 minutos de música, pero Tom Cruise decidió en posproducción rechazarla y sustituirla por una nueva partitura de Danny Elfman, quien tuvo solo unas semanas para componerla.

Los miembros de U2 Larry Mullen Jr. y Adam Clayton, fans de la serie original, crearon una versión bailable del tema de Lalo Schifrin trabajando por separado en Nueva York y Dublín, influidos por el sonido electrónico europeo que habían explorado con Brian Eno; llegaron a grabar siete versiones distintas del tema.

Varios actores de la serie original de televisión reaccionaron negativamente a la película: Greg Morris (Barney Collier) abandonó la sala antes de que terminara, y Peter Graves rechazó reprisar su papel de Jim Phelps al enterarse de que su personaje sería revelado como traidor y moriría al final.

Martin Landau, quien interpretó a Rollin Hand en la serie original, se opuso a una versión temprana del guion en la que todo el equipo del FMI moría uno por uno, considerando que traicionaba el espíritu de la serie original centrada en el sigilo y no en la acción.

La promoción de la película en Alemania se vio complicada por la prohibición del ministro-presidente bávaro Edmund Stoiber de que cienciólogos ocuparan puestos en la función pública estatal, lo que generó un boicot de la Junge Union contra el filme debido a la afiliación de Tom Cruise a la Cienciología.

La película se estrenó en un récord de 3012 salas en Estados Unidos, siendo la primera en distribuirse en más de 3000 cines, y batió el récord de recaudación para un estreno en miércoles con 11,8 millones de dólares.