La Nonne a été annoncée comme un spin-off de Conjuring 2 seulement cinq jours après la sortie de ce film, avec Peter Safran et James Wan en tant que producteurs.

Le scénario initial du film a été écrit par David Leslie Johnson, mais après l'arrivée de Corin Hardy à la réalisation, un nouveau scénario a été écrit par James Wan et Gary Dauberman.

Le producteur Peter Safran a révélé que La Nonne a été conçue pour être chronologiquement le film le plus ancien de l'univers Conjuring, en en faisant un préquel aux deux franchises Conjuring et Annabelle, tracé sur un tableau chronologique que l'équipe avait créé.

Le réalisateur Corin Hardy a initialement hésité à engager Taissa Farmiga parce qu'elle est la sœur dans la vie réelle de Vera Farmiga, vedette des films Conjuring, mais a changé d'avis après avoir regardé environ 100 bandes d'audition et avoir été frappé par sa présence.

Le tournage principal a commencé le 3 mai 2017 aux studios Castel Film de Bucarest, en Roumanie, et s'est terminé après 38 jours le 23 juin 2017.

Corin Hardy a demandé à un prêtre catholique romain de bénir le plateau avant le début du tournage.

Des scènes ont été filmées à l'intérieur du Palais du Parlement de Bucarest à un coût de location de 5 000 € par heure, ainsi qu'au château de Corvin à Hunedoara et à Sighișoara, en Transylvanie.

Lors du tournage à Mogoșoaia, Hardy a déclaré avoir vu une empreinte de main dans la poussière qu'il croyait avoir été laissée par un fantôme.

Une publicité pour le film a été retirée de YouTube en août 2018 après que son sursaut effrayant sans option de passage ait violé la politique de la plateforme contre les « contenus choquants ».

La Nonne a rapporté 366 millions de dollars dans le monde entier contre un budget de 22 millions de dollars, ce qui en ferait le film le plus rentable de la franchise Conjuring jusqu'à ce que Conjuring: Les Derniers Rites l'ait dépassée en 2025.

Le film a généré 22,4 millions de dollars le premier jour de sa sortie, y compris 5,4 millions de dollars provenant des avant-premières du jeudi soir, des chiffres tous deux les plus élevés de la franchise Conjuring à l'époque.

Malgré sa forte performance au box-office, les audiences de CinemaScore ont attribué au film une note C, la plus basse de la franchise, et il ne détient que 24% sur Rotten Tomatoes de la part des critiques.