Les droits du roman de Robert Ludlum furent achetés dès 1981, avec un projet de film chez Warner Bros. réalisé par Jack Clayton et prévu pour Burt Reynolds, qui ne se concrétisa jamais faute d'intérêt de l'acteur ; Warner produisit finalement un téléfilm en 1988 avant que les droits ne reviennent aux ayants droit de Ludlum en 1999.
Doug Liman, fan du roman depuis le lycée, relança le projet dès 1996 à la fin du tournage de Swingers, et consulta personnellement Robert Ludlum à son domicile pour obtenir son approbation sur l'adaptation.
Le scénariste Tony Gilroy avait d'abord refusé le projet et détestait les romans de Ludlum ; il n'accepta d'écrire le script qu'après que Liman lui eut suggéré d'abandonner presque toute l'intrigue originale pour ne garder que l'idée d'un homme découvrant qu'il ne sait faire que tuer.
Le personnage de Treadstone et son chef Alexander Conklin, transformés en antagonistes principaux du film, se sont partiellement inspirés des mémoires du père de Doug Liman, Arthur L. Liman, procureur en chef de l'enquête sénatoriale sur l'affaire Iran-Contra, et le personnage de Conklin doit beaucoup aux souvenirs de celui-ci sur Oliver North.
Le terroriste Carlos le Chacal, antagoniste central du roman, ne pouvait pas apparaître dans le film car il avait été réellement capturé et emprisonné par la France en 1994.
Après les attentats du 11 septembre 2001, une nouvelle fin fut tournée dans laquelle Ward Abbott proposait de réintégrer Bourne à la CIA, mais elle fut finalement écartée du montage final car jugée trop différente du reste du film ; elle figure toutefois en fin alternative sur le DVD de 2004.
Doug Liman a envisagé de nombreux acteurs pour le rôle de Jason Bourne avant Matt Damon, dont Brad Pitt (qui préféra tourner Spy Game), Russell Crowe, Arnold Schwarzenegger, Tom Cruise et Sylvester Stallone.
Le rôle de Marie devait initialement être une économiste canadienne destinée à Sarah Polley, qui refusa le rôle ; après l'engagement de Franka Potente, le personnage fut réécrit en une jeune Allemande à la dérive.
Matt Damon, qui n'avait jamais tenu un rôle aussi physique, a insisté pour effectuer lui-même la majorité de ses cascades et a suivi trois mois d'entraînement intensif en combat, maniement d'armes, boxe et eskrima (art martial philippin) avec le chorégraphe Nick Powell.
William Blake Herron avait été engagé pour réécrire le script de Gilroy et y ajouter davantage d'action, mais Matt Damon a menacé de quitter le rôle si ces modifications étaient conservées ; la plupart furent abandonnées, Herron ne conservant un crédit de scénariste que pour la scène d'ouverture qu'il avait composée.
Le producteur original Richard N. Gladstein a quitté le film au tout début du tournage en raison de la grossesse de sa femme, provoquant des retards jusqu'à son remplacement par Frank Marshall.
Doug Liman a insisté pour tourner à Paris plutôt qu'à Montréal, moins coûteux, ce qui a créé des difficultés puisque l'équipe technique francophone ne comprenait pas l'anglais parlé par les acteurs et le réalisateur.
Le tournage, débuté en octobre 2000, a pris huit millions de dollars de retard sur le budget initial de 60 millions et a repoussé la sortie du film de septembre 2001 à juin 2002, en raison des réécritures constantes envoyées par fax par Tony Gilroy pendant presque tout le tournage.
Une fin plus spectaculaire avec une grande explosion à Paris avait été retournée après de mauvais retours des tests publics, mais elle fut abandonnée après le 11 septembre, le studio jugeant qu'on ne pouvait plus inclure une explosion dans le film.
Bien que censée se dérouler à la campagne française, la séquence de la ferme a en réalité été tournée à Suchdol, en périphérie de Prague, et plusieurs scènes situées à Zurich ont également été filmées à Prague.
Les scènes du consulat américain ont été tournées avec de véritables gardes de sécurité des Marines américains jouant leur propre rôle.
Doug Liman opérait souvent lui-même la caméra pour créer une relation plus intime avec les acteurs, une habitude héritée de son parcours de cinéaste indépendant.
La célèbre course-poursuite en voiture a été filmée principalement par la deuxième équipe dirigée par Alexander Witt dans divers lieux de Paris, pendant que Liman tournait ailleurs l'intrigue principale ; Liman a lui-même admis que la géographie de la scène était totalement incohérente pour quiconque connaît vraiment Paris.
Le compositeur Carter Burwell avait initialement composé une partition orchestrale classique pour le film, mais elle fut rejetée par Doug Liman ; John Powell fut alors engagé pour la remplacer, concevant d'abord une musique presque entièrement non-orchestrale avant d'y ajouter des cordes pour lui donner une qualité plus cinématographique.
Le DVD du film a dépassé Harry Potter à l'école des sorciers pour devenir le DVD le plus loué aux États-Unis, un record qu'il conserva sept mois avant d'être détrôné par Le Seigneur des anneaux : Les Deux Tours.
