Les producteurs ont choisi d'adapter From Russia, with Love après que le président américain John F. Kennedy eut cité le roman de Fleming parmi ses dix livres préférés dans le magazine Life.

From Russia with Love fut le dernier film que Kennedy visionna à la Maison-Blanche, le 20 novembre 1963, juste avant son assassinat.

Pour éviter des connotations politiques trop marquées en pleine guerre froide, les producteurs ont remplacé l'organisation soviétique SMERSH du roman par le syndicat criminel fictif SPECTRE.

Le scénariste original pressenti était Len Deighton, qui accompagna l'équipe à Istanbul, mais il fut remplacé faute de progrès suffisants sur le script.

Plusieurs actrices furent envisagées pour incarner Tatiana Romanova, dont Sylva Koscina, Virna Lisi, Annette Vadim, Magda Konopka, Pia Lindström et Tania Mallet, avant que Daniela Bianchi, Miss Univers 1960 dauphine, ne soit choisie, semble-t-il sur suggestion de Sean Connery.

Les dialogues de Daniela Bianchi ont été entièrement redoublés par l'actrice britannique Barbara Jefford dans la version finale.

La scène où Bond découvre Tatiana dans son lit d'hôtel servit de scène de test à l'écran pour Daniela Bianchi, avec Anthony Dawson jouant le rôle de Bond ; elle est devenue depuis le test traditionnel pour les futurs acteurs de James Bond et James Bond Girls.

L'acteur mexicain Pedro Armendáriz, recommandé par le réalisateur John Ford pour le rôle de Kerim Bey, fut diagnostiqué d'un cancer inopérable pendant le tournage à Istanbul ; ses scènes furent avancées pour qu'il puisse les terminer, et il se suicida peu après la fin de son travail.

Robert Shaw refusa d'abord le rôle de Donald Grant car il n'aimait pas le scénario, mais sa fiancée de l'époque, Mary Ure, le convainquit d'accepter, ce qui lança sa carrière cinématographique.

Desmond Llewelyn, fan de la bande dessinée James Bond publiée dans le Daily Express, obtint le rôle de Major Boothroyd (futur Q) après l'indisponibilité de Peter Burton ; il resta dans ce rôle jusqu'à sa mort en 1999.

Le 6 juillet 1963, lors d'un repérage en Écosse pour la scène de poursuite en bateau, l'hélicoptère de Terence Young s'est écrasé dans l'eau avec le directeur artistique et un cameraman à bord ; tous s'en sortirent avec des blessures légères et Young reprit le tournage le jour même.

La scène de combat entre Bond et Grant, chorégraphiée par Terence Young (ancien boxeur à Cambridge) et le coordinateur des cascades Peter Perkins, a nécessité trois semaines de tournage et fut jugée si violente qu'elle inquiéta une partie de l'équipe.

La scène avec des rats après le vol du Lektor a dû être tournée en Espagne car le Royaume-Uni interdisait de filmer avec des rats sauvages, et une tentative de peindre des rats blancs au cacao en Turquie avait échoué.

La poursuite en hélicoptère, inspirée de la scène de l'avion épandeur dans La Mort aux trousses de Hitchcock, fut finalement tournée avec un hélicoptère miniature radiocommandé après de nombreuses difficultés pour en obtenir un vrai.

L'explosion finale filmée à Pinewood pour la scène de bateau échappa à tout contrôle, brûlant les paupières de Walter Gotell et blessant grièvement trois cascadeurs.

Frank Sinatra fut envisagé pour interpréter la chanson-titre mais refusa, et c'est finalement Matt Monro qui la chanta, sur une composition de Lionel Bart.

Le film introduit plusieurs éléments devenus des conventions de la saga Bond : la séquence pré-générique, le personnage de Blofeld, un gadget secret confié par Q, une poursuite en hélicoptère et la formule finale « James Bond will return ».

Le générique d'ouverture, conçu par Robert Brownjohn en remplacement de Maurice Binder, projetait le texte sur des danseuses, une idée inspirée des projections lumineuses sur des nuages de l'artiste constructiviste László Moholy-Nagy, lançant la tradition des femmes dénudées dans les génériques Bond.

Le film rapporta plus de 78 millions de dollars dans le monde pour un budget de 2 millions, devenant un des plus gros succès du cinéma des années 1960, et fut classé neuvième meilleur film britannique de tous les temps par Total Film en 2004, seul opus de la saga Bond figurant sur cette liste.