Simon Pegg a doublé Reepicheep en remplacement d'Eddie Izzard, le réalisateur Michael Apted jugeant sa voix plus mûre et sérieuse. Bill Nighy avait d'abord été annoncé comme remplaçant d'Izzard, mais le studio a estimé que sa voix sonnait trop âgée pour le rôle.

Le tournage devait initialement débuter en janvier 2008 à Malte, puis se poursuivre à Prague et en Islande, pour une sortie prévue le 1er mai 2009, avant que Disney ne repousse le calendrier en raison des emplois du temps chargés des jeunes acteurs.

Une partie du tournage devait se dérouler à Playas de Rosarito au Mexique, dans le même bassin d'eau utilisé pour Titanic et Master and Commander, mais Disney et Walden ont finalement préféré l'Australie pour des raisons de sécurité.

Un différend budgétaire entre Walden Media et Disney après les résultats décevants de Prince Caspian au box-office a conduit Disney à se retirer de la production ; 20th Century Fox a repris la distribution du film, devenant le seul volet de la saga non distribué par Disney jusqu'au rachat de la Fox par Disney en 2019.

Les scénaristes ont envisagé de fusionner l'histoire du Voyage de l'Aube avec celle du Fauteuil d'argent, comme l'avait fait la BBC dans son adaptation télévisée combinant Le Voyage de l'Aube et Le Prince Caspian ; des éléments du Fauteuil d'argent ont finalement été intégrés au scénario, ce que la succession de C.S. Lewis a d'abord mal accueilli avant de l'accepter.

Sur les conseils des réalisateurs Gore Verbinski et Peter Weir, Michael Apted a évité de tourner directement sur l'eau : une réplique du Dawn Treader de 145 tonnes a été construite sur un vérin rotatif permettant de la faire tourner à 360 degrés pour garder un éclairage solaire constant.

Le film compte environ 1400 plans d'effets spéciaux, un nombre intermédiaire entre les 800 du premier film et les 1500 de Prince Caspian, réalisés notamment par Moving Picture Company, Framestore et Cinesite.

Le générique de fin utilise des illustrations originales de Pauline Baynes, l'illustratrice historique des livres de Narnia décédée en août 2008, en hommage à son travail.

Le film a été tourné en 2D puis converti en 3D en post-production par Prime Focus Group après le succès d'Avatar, devenant le seul volet de la saga sorti en 3D ; le réalisateur Michael Apted était d'abord sceptique sur cette conversion avant de se dire convaincu par le résultat.

Le nom de la fille de Ramandu, Lilliandil, ne figure pas dans le roman original : c'est le producteur Douglas Gresham qui l'a inventé pour le film.

Pour la promotion du film, le voilier historique Matthew a été transformé en réplique du Dawn Treader et a navigué de l'océan Atlantique à la Manche en août 2010, avant d'être exposé au National Maritime Museum de Cornouailles.