Tom Cruise a proposé trois idées de films à Steven Spielberg lors du tournage d'Arrête-moi si tu peux (2002), et le réalisateur a choisi d'adapter La Guerre des mondes de H. G. Wells.

J. J. Abrams avait été sollicité par Spielberg et Cruise pour écrire le scénario, mais il a dû refuser car il travaillait alors sur le pilote de sa série Lost. Josh Friedman a ensuite livré un premier script, réécrit par David Koepp.

David Koepp a choisi de raconter l'histoire à travers un narrateur unique en marge des événements, et a dressé une liste d'éléments jugés trop clichés à éviter, comme la destruction d'immeubles emblématiques.

Spielberg a accepté le scénario car il y trouvait des échos à sa propre vie, notamment le divorce de ses parents (prénommés comme les personnages Ray et Mary Ann), ainsi qu'un parallèle avec l'incertitude ressentie après les attentats du 11 septembre 2001.

Spielberg refusait que les aliens arrivent en vaisseaux spatiaux comme dans tous les autres films d'invasion extraterrestre ; il a donc fait enterrer les tripodes sous terre depuis des temps très anciens.

Spielberg pensait à Miranda Otto pour le rôle de Mary Ann, mais comme elle était enceinte au moment de l'appel, il a décidé d'intégrer sa grossesse au scénario plutôt que de renoncer à elle.

Le tournage a duré 73 jours, réparti sur six plateaux de tournage dans trois studios, avec des prises de vues en Californie, au Connecticut, dans le New Jersey, l'État de New York et en Virginie.

Pour la scène de l'écrasement d'avion, l'équipe a acheté un Boeing 747 retraité d'All Nippon Airways, l'a démantelé en plusieurs morceaux pour environ 2 millions de dollars de transport, puis a construit des maisons autour ; l'épave a ensuite été conservée pour la visite des studios Universal.

La maison des parents de Mary Ann, censée se trouver à Boston dans le film, a en réalité été filmée à Brooklyn.

Le designer Doug Chiang s'est inspiré des formes de vie aquatiques pour concevoir les tripodes, tandis que les mouvements des extraterrestres ont été inspirés par les grenouilles arboricoles aux yeux rouges.

Spielberg voulait éviter tout sang ou gore lors des morts par rayon thermique, afin que le film reste un « film d'horreur pour enfants » ; l'équipe a donc opté pour une vaporisation des corps combinant poussière réelle et effets numériques.

La destruction du pont de Bayonne a été jugée la scène la plus difficile à réaliser par Industrial Light & Magic, avec un délai de quatre semaines imposé pour qu'elle puisse être utilisée dans une bande-annonce diffusée pendant le Super Bowl.

La costumière Joanna Johnston a créé 60 versions différentes de la veste en cuir de Ray Ferrier pour illustrer son usure progressive au fil du film.

Le tournage a été entouré d'une importante campagne de secret : Spielberg n'envoyait le scénario que par e-mail et ne donnait aux acteurs que les sections du script concernant leurs propres scènes, si bien que l'équipe elle-même ignorait à quoi ressembleraient les aliens.

Le film a rapporté 603,9 millions de dollars dans le monde pour un budget de 132 millions, devenant le quatrième plus grand succès cinématographique de 2005, et a offert à Tom Cruise le meilleur démarrage de sa carrière jusqu'alors, un record tenu jusqu'à la sortie de Top Gun: Maverick en 2022.

John Williams a composé la musique du film et a pour cela renoncé à composer celle de Harry Potter et la Coupe de feu, afin de se consacrer à La Guerre des mondes ainsi qu'à Star Wars : La Revanche des Sith, Mémoires d'une geisha et Munich.