Ian Fleming souhaitait dès l'origine que Moonraker devienne un film, avant même d'avoir terminé le roman en 1954, en s'appuyant sur un scénario qu'il avait imaginé auparavant.
Les producteurs avaient initialement prévu de tourner For Your Eyes Only après The Spy Who Loved Me, mais ont choisi d'adapter Moonraker en raison du succès de Star Wars et des essais en vol de la navette spatiale de la NASA.
En 1978, Steven Spielberg a proposé de réaliser le film après le succès de Rencontres du troisième type, mais Albert R. Broccoli a refusé sa proposition.
Une rumeur d'avril 2004 évoquait une version perdue de Moonraker tournée en 1956 par Orson Welles avec Dirk Bogarde en Bond, Welles en Drax et Peter Lorre en homme de main ; il s'agissait en réalité d'un canular du poisson d'avril lancé par un site consacré à James Bond.
Le rôle du méchant Hugo Drax devait initialement revenir à l'acteur britannique James Mason, mais le film étant devenu une coproduction franco-britannique, c'est finalement le Français Michael Lonsdale qui a été choisi pour respecter les critères de l'accord ; Stewart Granger et Louis Jourdan avaient aussi été envisagés.
Lois Chiles, qui avait décliné le rôle d'Anya Amasova dans L'Espion qui m'aimait pour prendre une retraite temporaire, a obtenu le rôle de Holly Goodhead par hasard : assise à côté du réalisateur Lewis Gilbert dans un avion, celui-ci l'a jugée idéale pour le personnage.
Jaclyn Smith s'était vu proposer le rôle de Holly Goodhead mais a dû refuser en raison d'un conflit d'emploi du temps avec la série Charlie's Angels.
Le personnage de Requin (Jaws) devait rester un méchant, mais devant l'afflux de courriers d'enfants demandant qu'il devienne un gentil, le réalisateur Lewis Gilbert a décidé de le transformer progressivement en allié de Bond.
La petite amie de Requin devait initialement être encore plus grande que lui, mais Richard Kiel a insisté pour que le scénario soit modifié ; les producteurs ont accepté l'écart de taille avec l'actrice Blanche Ravalec après que Kiel leur eut confié que sa propre épouse avait la même taille que Dolly.
Pour des raisons budgétaires liées à la forte fiscalité britannique, le tournage principal a eu lieu dans les studios d'Épinay et de Billancourt en France plutôt qu'au studio 007 habituel de Pinewood, qui ne servit que pour les effets spéciaux.
Le manoir de Drax en Californie a en réalité été tourné au château de Vaux-le-Vicomte pour les extérieurs et le Grand Salon, tandis que d'autres intérieurs ont été filmés au château de Guermantes.
Roger Moore est arrivé à Rio de Janeiro avec plusieurs jours de retard sur le tournage à cause d'une crise de calculs rénaux, un problème de santé qu'il avait déjà connu pendant le tournage de Vivre et laisser mourir.
Lors du tournage de la scène du téléphérique du Pain de Sucre, le cascadeur Richard Graydon a glissé et a failli chuter mortellement.
Pour la scène où Requin mord le câble du téléphérique avec ses dents d'acier, le câble était en réalité fait de réglisse, bien que Kiel ait dû porter son véritable dentier en métal.
La deuxième équipe a tenté d'envoyer un vrai bateau dans les chutes d'Iguaçu, mais l'embarcation s'est coincée sur des rochers et n'a pas pu être récupérée malgré une tentative périlleuse en hélicoptère, forçant l'utilisation d'une maquette à Pinewood.
La scène d'ouverture où Requin pousse Bond hors de l'avion sans parachute a nécessité des semaines de préparation et un total de 88 sauts en parachute par les cascadeurs, filmés au-dessus du lac Berryessa en Californie.
Le programme de la navette spatiale de la NASA n'ayant pas encore été lancé à l'époque, Derek Meddings et son équipe de maquettes ont dû créer les images de décollage sans aucune référence réelle, en fixant des modèles réduits à des fusées d'artifice.
Les scènes spatiales ont été réalisées en rembobinant la caméra après chaque prise pour superposer plusieurs éléments sur la même pellicule, la bataille spatiale ayant nécessité jusqu'à quarante rembobinages.
Les scènes finales de désintégration de la station spatiale ont été obtenues en tirant au fusil de chasse sur la maquette miniature.
Lors de la scène de chasse au faisan, une trompette joue les trois premières notes de bronze d'Also sprach Zarathustra, en référence au film 2001, l'odyssée de l'espace.
Dans une scène tournée à Venise, un clavier à code est déverrouillé en jouant le motif musical popularisé par le film Rencontres du troisième type.
Frank Sinatra fut d'abord envisagé pour interpréter la chanson-titre, puis Kate Bush refusa, et Johnny Mathis commença l'enregistrement avec John Barry sans pouvoir terminer le projet ; la chanson fut finalement confiée à Shirley Bassey seulement quelques semaines avant la première, pour sa troisième et dernière interprétation d'un générique de James Bond.
Moonraker devint le film le plus rentable de la saga James Bond à sa sortie, avec 210,3 millions de dollars de recettes mondiales, un record qui tint jusqu'à GoldenEye en 1995.
Le film fit l'objet d'un débat connu sous le nom d'effet Mandela : de nombreux fans se souviennent que le personnage de Dolly portait un appareil dentaire métallique lors de sa scène de sourire avec Requin, alors que les copies VHS, DVD et Blu-ray ne montrent aucun appareil, et l'actrice Blanche Ravalec a affirmé en 2016 n'en avoir jamais porté durant le tournage.
Ce fut la dernière apparition de Bernard Lee dans le rôle de M avant sa mort en janvier 1981.
