Après le succès mitigé de Batman, le défi jugé trop sombre pour les enfants (au point que McDonald's a retiré son offre Happy Meal liée au film), Warner Bros. n'a pas souhaité que Tim Burton revienne à la réalisation, celui-ci restant simplement producteur.
John McTiernan a refusé de réaliser le film car il tournait Une journée en enfer, et c'est finalement Joel Schumacher qui a été choisi en 1993 pendant qu'il tournait Le Client, avec l'aval de Burton.
Le scénario original des époux Batchler proposait un Riddler nommé Lyle Heckendorf accompagné d'un rat de compagnie et obtenant son costume auprès d'un leprechaun diseur de bonne aventure au cirque, une scène finalement coupée ; l'entreprise du personnage devait s'appeler HeckTech plutôt que NygmaTech.
Michael Keaton avait initialement approuvé Schumacher et envisageait de reprendre son rôle, Schumacher ayant même eu l'idée d'adapter Batman: Year One de Frank Miller, mais Warner Bros. a refusé un prequel, préférant une suite.
Michael Keaton a finalement refusé de rejouer Batman, mécontent de la nouvelle direction de la saga, et a décliné un cachet de 15 millions de dollars pour privilégier des rôles plus intéressants.
Ethan Hawke a refusé le rôle de Bruce Wayne avant de le regretter par la suite ; William Baldwin, Ralph Fiennes, Daniel Day-Lewis, Johnny Depp (soutenu par Burton) et Kurt Russell ont aussi été envisagés avant que Val Kilmer ne soit choisi après que Schumacher l'ait remarqué dans Tombstone.
Val Kilmer a signé pour le rôle sans avoir lu le scénario ni savoir qui allait réaliser le film ; enfant, il avait visité les studios où était tournée la série télévisée des années 1960 et avait peu avant exploré une grotte à chauves-souris en Afrique.
Billy Dee Williams, qui avait joué Harvey Dent dans le film de 1989 en espérant devenir Double-Face dans une suite, a été écarté au profit de Tommy Lee Jones, que Schumacher souhaitait retrouver après Le Client ; Al Pacino, Clint Eastwood, Martin Sheen, Robert De Niro et Mel Gibson (qui a préféré Braveheart) avaient aussi été envisagés.
Robin Williams était pressenti pour le Riddler mais aurait renoncé après des désaccords avec Schumacher ; Michael Jackson aurait aussi fortement fait campagne pour le rôle avant que Jim Carrey ne soit choisi.
Marlon Wayans avait été engagé pour jouer Robin dès Batman Returns et avait signé pour une éventuelle suite, mais Schumacher a rouvert le casting ; Leonardo DiCaprio a décliné le rôle après une rencontre avec le réalisateur, et Chris O'Donnell a finalement été retenu face à de nombreux autres prétendants dont Matt Damon, Ewan McGregor et Jude Law.
Le tournage, qui s'est déroulé du 24 septembre 1994 au 5 mars 1995, a été marqué par des tensions entre Schumacher et Val Kilmer, ce dernier refusant de parler au réalisateur pendant deux semaines après une remarque sur son comportement.
Tommy Lee Jones se serait montré hostile envers Jim Carrey sur le tournage, lui déclarant selon Carrey qu'il ne pouvait 'cautionner sa bouffonnerie'.
Le sculpteur suisse H. R. Giger avait proposé une version de la Batmobile jugée trop sinistre pour être retenue dans le film.
Rhythm & Hues Studios et Pacific Data Images ont créé un Batman en images de synthèse pour les cascades les plus complexes, tandis que 146 personnes ont travaillé sur les costumes, repensés dans un style plus 'MTV'.
Elliot Goldenthal a été engagé pour composer la musique avant même que le scénario ne soit écrit, avec pour consigne de Schumacher de ne surtout pas s'inspirer du style de Danny Elfman, alors que les bandes-annonces utilisaient pourtant le thème d'Elfman du film de 1989.
Le costume de Batman doté de tétons apparents a suscité une controverse médiatique internationale ; Schumacher a expliqué s'être inspiré des statues grecques antiques, tandis que Chris O'Donnell a confié que c'était davantage la codpiece qui le gênait que les tétons.
Après la mort de Schumacher en 2020, l'existence d'un montage alternatif plus sombre et plus long d'environ 50 minutes a été révélée par des rumeurs, confirmée depuis par le scénariste Akiva Goldsman, mais Warner Bros. n'a toujours pas prévu de le distribuer, allant jusqu'à faire annuler une projection privée prévue en mai 2025.
