Bong Joon-ho a découvert la bande dessinée Le Transperceneige par hasard dans une boutique de bandes dessinées du quartier de Hongik à Séoul, juste après avoir terminé Memories of Murder et pendant la préproduction de The Host, et il a lu les trois albums d'une traite.

Le réalisateur a mis quatre ans à développer le projet puis trois années supplémentaires pour le produire aux côtés du réalisateur-producteur Park Chan-wook, l'écriture du scénario ayant nécessité plus d'un an.

Le scénario, écrit à l'origine intégralement par Bong Joon-ho, a ensuite été retravaillé par le scénariste américain Kelly Masterson, choisi par Bong après avoir vu le film Before the Devil Knows You're Dead de Sidney Lumet, afin d'approfondir les personnages joués par Chris Evans, Tilda Swinton et Jamie Bell.

Le film a coûté environ 45 milliards de wons (près de 40 millions de dollars), un budget considéré comme moyen aux États-Unis mais record absolu pour une production sud-coréenne à l'époque.

Leonardo DiCaprio se serait intéressé au projet selon un webzine coréen de 2011, avant que le rôle principal ne revienne finalement à Chris Evans.

Bong Joon-ho a choisi Chris Evans après avoir vu ses films Sunshine et Puncture, alors qu'il avait au départ des préjugés sur l'acteur, le voyant plutôt comme la caricature du capitaine d'équipe de football américain.

Tilda Swinton, qui avait pourtant décidé de ne plus tourner de films sauf si elle s'y amusait vraiment, a accepté le rôle de Mason en portant un nez prothétique, de fausses dents tordues et des lèvres artificielles.

Le dessinateur original de la bande dessinée, Jean-Marc Rochette, fait une apparition caméo dans le film en tant que peintre du wagon de queue, dont seules les mains sont visibles à l'écran, et il a lui-même réalisé les dessins représentant l'histoire de ce wagon en salissant volontairement le papier pour un effet plus réaliste.

Le tournage a eu lieu aux studios Barrandov de Prague, le plus long studio d'Europe, où 26 wagons ont été construits, dont un de 25 mètres, pour reconstituer un train de plus de 500 mètres au total, réalisé en seulement 72 jours de tournage contre 90 jours pour Mother.

L'équipe a tourné quelques décors enneigés en une seule journée sur le glacier de Hintertux, dans le Tyrol autrichien, avant de rejoindre les studios de Prague.

Le tournage a réuni des techniciens venus des États-Unis, du Royaume-Uni, de République tchèque, de Hongrie et de Corée du Sud, révélant un choc culturel de rythme de travail : l'équipe coréenne avait l'habitude d'horaires irréguliers jour et nuit, tandis que les équipes américaines et européennes ne pouvaient dépasser 12 heures de travail par jour.

À l'instar de Stanley Kubrick dans Shining, Bong Joon-ho utilise la chanson de jazz Midnight, the Stars and You enregistrée en 1934 par l'orchestre de Ray Noble.

The Weinstein Company a raccourci le montage original de vingt minutes et ajouté une voix off pour le rendre plus accessible au public américain, une décision dénoncée publiquement par Tilda Swinton lors du Festival de Deauville, avant que la version intégrale ne soit finalement distribuée en Amérique du Nord à partir de juillet 2014.

Un quatrième tome de la bande dessinée, intitulé Terminus, sorti en 2015 après le succès du film, révèle que dix Transperceneiges circulaient à l'origine autour de la Terre et relie l'univers du film à celui de la bande dessinée en y faisant réapparaître les personnages de Yona et Timmy.