En 2009, le président de Warner Bros Jeff Robinov a proposé aux Wachowski de créer une propriété intellectuelle et une franchise originales, projet qui a commencé à être développé en 2011 pendant le tournage de Cloud Atlas.

Le scénario s'inspire de l'Odyssée d'Homère, livre favori de Lana Wachowski qui la rendait très émotive, ainsi que du Magicien d'Oz, les deux œuvres étant contrastées par Lana comme deux formes différentes de voyage initiatique.

Les Wachowski voulaient inverser le cliché du héros de science-fiction stoïque et réservé pour créer une nouvelle forme d'héroïne d'opéra spatial, s'inspirant de Dorothy dans Le Magicien d'Oz et de son fidèle protecteur Toto pour créer le personnage de Caine.

L'univers visuel du film a été influencé par L'Incal de Mœbius et Alejandro Jodorowsky, ainsi que par l'œuvre de Terry Gilliam, qui fait d'ailleurs une apparition dans le film en clin d'œil à son propre film Brazil (1985), interprétant le bureaucrate qui confirme le titre de Jupiter sur la Terre.

Le tournage principal a débuté le 2 avril 2013 aux Warner Bros. Studios Leavesden en Angleterre avec un budget initial de 130 millions de dollars, s'est poursuivi à la cathédrale d'Ely, puis à Chicago ; des reshoots ont eu lieu en janvier et début mai de l'année suivante, ces derniers à Bilbao en Espagne.

Channing Tatum a qualifié le tournage de 'cauchemar dès le départ', racontant que toute l'équipe est restée sept mois à travailler dur sur un film qu'il décrit comme 'de travers'.

Une poursuite de huit minutes dans les rues de Chicago, surnommée 'Fifty-Two Part' par l'équipe, était la séquence la plus longue et la plus complexe à filmer du scénario ; Kunis et Tatum ont dû tourner tous les jours pendant six mois pour la boucler.

Pour les scènes où Caine vole grâce à ses bottes antigravité, l'équipe des effets visuels a inventé un système appelé 'Panocam', un rig de six caméras monté sur un hélicoptère couvrant près de 180 degrés, permettant de recréer en post-production une caméra virtuelle indépendante de la trajectoire réelle de l'hélicoptère ; cette technique a ensuite intéressé d'autres réalisateurs.

Les cinéastes ont privilégié autant que possible les cascades réelles plutôt que la CGI, avec un usage minimal de doublures numériques selon Channing Tatum.

Suivant une méthode déjà utilisée sur Cloud Atlas à la suggestion du co-réalisateur Tom Tykwer, la musique de Michael Giacchino a été entièrement enregistrée avant même la fin du tournage, ce qui a permis au compositeur de travailler sans contrainte de timing précis.

La partition de Giacchino a inspiré le danseur Kyle Davis pour créer un ballet intitulé 'A Dark and Lonely Space', présenté par le Pacific Northwest Ballet le 2 novembre 2018, mettant en scène 24 danseurs représentant planètes et corps célestes.

La sortie du film, initialement prévue en juillet 2014, a été repoussée à février 2015 officiellement pour terminer plus de 2000 plans d'effets spéciaux, ce qui a fait grimper le budget final de 130 à plus de 210 millions de dollars ; le film a fait une avant-première surprise au Sundance Film Festival le 27 janvier 2015.

Eddie Redmayne, qui venait de remporter l'Oscar du meilleur acteur pour Une merveilleuse histoire du temps la même année, a reçu de nombreuses critiques pour son jeu jugé excessif dans Jupiter Ascending et a remporté le Razzie Award du pire second rôle ; il a lui-même admis en 2018 avoir livré 'une assez mauvaise performance de l'avis général'.

Malgré des critiques globalement négatives et un statut de gros échec au box-office ne rapportant que l'équivalent de son budget, le film s'est constitué un public enthousiaste chez certaines spectatrices de science-fiction, salué pour offrir un fantasme différent de l'héroïne d'action musclée habituelle.