Les frères Coen envisageaient initialement William H. Macy pour un petit rôle, mais impressionnés par son audition, ils lui ont proposé le rôle principal de Jerry. Macy raconte être retourné insister à New York en disant aux Coen : « ce rôle, je le veux », de peur qu'ils ne le confient à quelqu'un d'autre.

Pour préparer son rôle, Frances McDormand a appris à utiliser et tirer avec une arme à feu, a passé plusieurs jours à s'entretenir avec une policière enceinte, et a construit un passé fictif pour son personnage avec John Carroll Lynch, qui interprète son mari. Elle a confié s'être en partie inspirée de sa sœur, aumônière dans une prison de haute sécurité pour femmes.

Le tournage s'est déroulé durant l'hiver 1995, principalement dans la région de Minneapolis-Saint Paul et autour du comté de Pembina dans le Dakota du Nord ; en raison d'un enneigement inhabituellement faible dans le centre et le sud du Minnesota, les scènes nécessitant de la neige ont dû être tournées plus au nord, mais jamais près des villes de Fargo ou Brainerd elles-mêmes.

La statue de Paul Bunyan de 24 pieds visible dans le film a été construite spécialement pour le tournage sur la route du comté de Pembina, près de la frontière canadienne, puis démontée par la suite.

Bien qu'aucune scène du film n'ait été tournée dans la ville de Fargo elle-même, le bureau du tourisme de Fargo-Moorhead expose des exemplaires du script original ainsi que plusieurs accessoires utilisés dans le film, dont le broyeur à bois.

Une coach de dialecte, Larissa Kokernot (qui interprète également l'une des prostituées), a enseigné à Frances McDormand l'accent du Minnesota, comparé à la musicalité des langues nordiques et suédoises, ainsi que le hochement de tête caractéristique signifiant l'approbation.

La musique du film, composée par Carter Burwell comme pour la plupart des films des frères Coen, repose sur un motif principal inspiré d'une chanson folklorique norvégienne intitulée « Den bortkomne sauen » (« Le mouton perdu »).

Le film s'ouvre sur un texte affirmant qu'il s'agit d'une histoire vraie survenue au Minnesota en 1987, mais les frères Coen ont reconnu que cette affirmation était largement fictive : Joel Coen a expliqué que croire à une histoire vraie donne au public la permission d'accepter des événements qu'il refuserait autrement. Le site Snopes a conclu en 1998 que cette prétention était une blague récurrente des Coen.

L'édition DVD spéciale du film indique que Fargo se serait inspiré du meurtre en 1986 de l'hôtesse de l'air Helle Crafts, tuée par son mari qui avait fait disparaître son corps à l'aide d'un broyeur à bois.

Le futur gouverneur du Dakota du Nord Doug Burgum a raconté que lors des réunions d'investisseurs pour l'introduction en bourse de sa société Great Plains Software, la quasi-totalité des premières questions portait sur le film, les investisseurs demandant en plaisantant si son entreprise utilisait des broyeurs à bois plutôt que des destructeurs de documents.

L'édition VHS collector en grand format incluait une boule à neige représentant la scène du broyeur à bois, qui, une fois secouée, mélangeait de la neige et du faux « sang ».