New Line Cinema a acheté les droits de la trilogie À la croisée des mondes en février 2002, peu après le succès du Seigneur des anneaux : La Communauté de l'anneau. Tom Stoppard a d'abord été chargé d'écrire le scénario en 2003.

Chris Weitz a obtenu le poste de réalisateur en soumettant un traitement non sollicité de 40 pages au studio, qui l'a finalement rejeté en lui demandant de repartir de zéro ; par admiration pour Tom Stoppard, Weitz a évité de lire son scénario pour ne pas 'inconsciemment lui voler des idées'.

Weitz a démissionné en décembre 2004, submergé par les défis techniques et critiqué par des fans après avoir évoqué la nécessité d'adoucir les attaques du roman contre la religion organisée ; le réalisateur britannique Anand Tucker lui a alors succédé avant de démissionner à son tour en mai 2006 pour désaccords créatifs avec New Line, ramenant Weitz aux commandes.

Nicole Kidman était le choix privilégié de l'auteur Philip Pullman depuis dix ans avant le tournage, mais elle a d'abord refusé le rôle de Mrs Coulter car elle ne voulait pas jouer une méchante ; elle a accepté après avoir reçu une lettre personnelle de Pullman.

Paul Bettany était pressenti pour incarner Lord Asriel avant que le rôle ne revienne à Daniel Craig.

Philip Pullman souhaitait que Samuel L. Jackson interprète Lee Scoresby, un rôle finalement confié à Sam Elliott, dont la performance a été saluée par l'auteur comme l'une des mieux réussies du film.

Nonso Anozie avait initialement été choisi et avait enregistré ses répliques pour la voix de l'ours Iorek Byrnison, mais New Line l'a remplacé tardivement par Ian McKellen pour avoir un nom plus connu au générique, contre la volonté du réalisateur Chris Weitz.

Le rôle de Pantalaimon, le dæmon de Lyra, devait initialement être doublé par un acteur plus âgé, mais l'équipe a finalement engagé le jeune Freddie Highmore pour renforcer l'intimité de la relation avec Lyra, par contraste avec les figures masculines plus âgées du récit.

Le personnage du roi des ours Iofur Raknison a été renommé Ragnar Sturlusson dans le film pour éviter toute confusion avec Iorek ; curieusement, la version allemande du film a conservé le nom original 'Iofur Raknison' dans les dialogues alors que les sous-titres reflètent le changement.

Le tournage a débuté le 4 septembre 2006 aux studios de Shepperton et s'est poursuivi jusqu'en janvier 2007, avec des scènes additionnelles tournées en Norvège (notamment au Svalbard et à Bergen) et en Suisse, ainsi qu'à Oxford, Greenwich et dans le Buckinghamshire.

Dans le roman, Mrs Coulter a les cheveux noirs, mais Nicole Kidman les a blonds à l'écran ; Pullman a commenté après coup qu'il avait 'clairement eu tort' sur ce point et que le personnage 'devait' être blond.

Le film a remporté l'Oscar des meilleurs effets visuels en 2008, battant Transformers de Michael Bay qui était pourtant considéré comme le grand favori après avoir raflé les prix VES.

Malgré un budget de 180 millions de dollars, le film n'a rapporté que 70 millions aux États-Unis, mais son succès à l'international (372 millions au total) a été qualifié de 'stellaire' par Variety ; les droits internationaux ayant été vendus pour financer le budget, la majeure partie des profits n'est pas revenue à New Line, ce qui a été cité comme un facteur possible dans la fusion de New Line avec Warner Bros.

La Catholic League américaine a appelé au boycott du film en octobre 2007, jugeant que même édulcoré, il inciterait les enfants à lire les romans jugés antichrétiens ; son président a déclaré la campagne réussie après un démarrage américain plus faible que prévu.

Une critique du film publiée par l'Office for Film and Broadcasting de la Conférence des évêques catholiques des États-Unis a été retirée du site en décembre 2007 à la demande de cette même conférence, et le journal du Vatican L'Osservatore Romano a ensuite dénoncé le film comme 'sans dieu'.

Les deux suites prévues, notamment une adaptation du Poignard subtil confiée à Hossein Amini et devant sortir en 2010, ont été abandonnées en 2008 faute de résultats suffisants au box-office américain ; l'acteur Sam Elliott a affirmé que l'Église catholique avait fait fuir New Line en critiquant durement le film.

La chanson du générique de fin, 'Lyra', a été écrite et interprétée par la chanteuse britannique Kate Bush, sur une musique composée par Alexandre Desplat pour l'ensemble du film.