L'histoire du film s'est cristallisée à partir de trois idées dans l'esprit de Lynch : une vague sensation liée au titre, une image d'une oreille humaine coupée gisant dans un champ, et la version à succès de 1963 de « Blue Velvet » de Bobby Vinton ainsi que l'ambiance qu'elle évoquait.
La scène de Dorothy apparaissant nue à l'extérieur s'inspire d'un souvenir d'enfance traumatisant de Lynch, qui avait autrefois vu une femme nue marchant dans sa rue la nuit et avait pleuré à cette vue.
Après l'échec de Dune, Lynch a conclu un accord avec le producteur Dino De Laurentiis lui accordant la liberté artistique complète et le droit de coupe final en échange d'une réduction de salaire et du travail avec un budget de seulement 6 millions de dollars, le laissant largement sans supervision pendant la production.
Helen Mirren était le premier choix de Lynch pour le rôle de Dorothy Vallens avant qu'il ne rencontre Isabella Rossellini dans un restaurant et ne lui propose le rôle.
Après l'achèvement du film, l'agence de talents d'Isabella Rossellini ICM l'a immédiatement abandonnée en tant que cliente suite à des projections de test, et des religieuses de son école d'enfance à Rome ont appelé pour dire qu'elles priaient pour elle.
Val Kilmer s'est vu offrir un rôle dans le film mais l'a refusé parce qu'il le trouvait trop graphique, une décision dont il regrettera plus tard.
Dennis Hopper, reportedly le troisième choix de Lynch pour Frank Booth après que Harry Dean Stanton et Steven Berkoff aient tous deux décliné en raison du contenu violent, s'est exclamé « Je dois jouer Frank ! Je suis Frank ! » en acceptant le rôle.
Michael Ironside a déclaré que le personnage de Frank Booth avait en fait été écrit en l'ayant à l'esprit.
Laura Dern a été engagée pour le rôle de Sandy après que plusieurs actrices établies, notamment Molly Ringwald, aient refusé le rôle ; Dern, âgée de 18 ans à l'époque, a abandonné l'UCLA seulement deux jours après le début du semestre pour travailler sur le film.
Lors du tournage de la difficile scène de viol et d'agression impliquant Dorothy, plusieurs habitants se sont présentés avec des paniers pique-nique et des couvertures pour regarder malgré les objections de Lynch et Rossellini, incitant la police à plus tard interdire à l'équipe de tourner dans les zones publiques de Wilmington.
Les Carolina Apartments au centre-ville de Wilmington ont servi d'immeuble d'appartements de Dorothy, la fontaine Kenan adjacente étant en vedette dans de nombreux plans.
La première version brute de Lynch du film durait environ quatre heures, mais il était contractuellement obligé de livrer un film de deux heures, ce qui l'a forcé à couper de nombreuses sous-intrigues et scènes de personnages.
Pour satisfaire aux préoccupations de la MPAA concernant la violence, Lynch s'est détourné d'une scène de Frank frappant réellement Dorothy pour montrer Jeffrey en train de grimacer dans le placard à la place, un changement que Lynch a estimé rendre la scène encore plus troublante.
En 2011, des scènes supprimées longtemps perdues ont été redécouvertes et incluses dans la sortie Blu-ray, certaines présentant Megan Mullally dans le rôle de Louise Wertham, l'amoureuse universitaire de Jeffrey, un rôle entièrement coupé de la version cinématographique.
Pendant le tournage, Lynch a placé des haut-parleurs sur le plateau et dans les rues et a joué de la musique de Dmitri Chostakovitch, y compris sa Symphonie n° 15, pour établir l'ambiance, et la musique du film fait allusion à cette symphonie.
Lynch voulait utiliser « Song to the Siren » de This Mortal Coil pour la scène de danse entre Sandy et Jeffrey mais n'a pas pu obtenir les droits ; il a finalement utilisé la chanson onze ans plus tard dans Lost Highway.
Le compositeur Angelo Badalamenti, qui fait également une apparition en tant que pianiste au Slow Club, a travaillé avec Lynch pour la première fois sur ce film après avoir été invité à écrire quelque chose « comme Chostakovitch... mais rendez-le sombre et un peu effrayant », inaugurant une collaboration de toute une vie qui s'étendrait à Twin Peaks.
La sortie du film a causé des départs massifs et des demandes de remboursement ; lors d'une projection à Chicago, un homme s'est évanoui et a dû faire vérifier son stimulateur cardiaque, puis est revenu regarder la fin après avoir été réanimé.
Les réalisateurs Woody Allen et Martin Scorsese ont tous deux nommé publiquement Blue Velvet le meilleur film de l'année lors de sa sortie initiale.
La reprise de « Blue Velvet » par Lana Del Rey en 2012 pour une campagne H&M la présentait jouant un rôle de type Dorothy Vallens, avec une personne de petite taille vêtue de Frank Sinatra débranchant son tourne-disque, faisant écho à la scène de playback du film ; Lynch a fait l'éloge de sa performance sans réaliser qu'elle avait été influencée par son travail.
