Daniel Knauf a conçu le script initial de Carnivàle entre 1990 et 1992 alors qu'il était insatisfait de son emploi de courtier en assurance santé en Californie et espérait devenir scénariste ; son intérêt pour les fêtes foraines, rarement traitées au cinéma, l'a poussé à écrire cette histoire.
L'expérience personnelle de Knauf, qui a grandi avec un père handicapé peu accepté comme un être humain normal, a fortement influencé le traitement des personnages 'monstres' de la série.
Le script original faisait 180 pages, soit le double d'un scénario de long métrage classique, et Knauf l'a mis de côté car il jugeait que ce n'était toujours pas suffisant pour rendre justice à son histoire ; la plupart de ses autres scénarios furent rejetés par Hollywood pour être 'trop bizarres'.
Après avoir échoué à percer avec le script, Knauf a fini par le proposer sur son propre site web ; il a été transmis à Howard Klein par un ami commun, ce qui a mené à son développement chez HBO avec Chris Albrecht et Carolyn Strauss.
HBO a jugé Knauf trop inexpérimenté en télévision pour lui laisser le plein contrôle du budget et a nommé Ronald D. Moore showrunner ; Knauf a repris ce rôle après la première saison lorsque Moore est parti développer Battlestar Galactica.
Le tournage de l'épisode pilote a duré 21 jours, après quoi de longues discussions créatives entre scénaristes et la chaîne ont retardé le tournage du deuxième épisode de quatorze mois.
Le personnage de Frère Justin, initialement conçu comme un prédicateur déjà établi et un simple personnage récurrent, a été retravaillé en pasteur méthodiste ordinaire d'une petite ville afin de lui laisser de la place pour évoluer sur la durée de la série ; sa sœur Iris a été créée à cette occasion.
L'histoire de Carnivàle devait à l'origine former une trilogie de 'livres' de deux saisons chacun, sur un plan total de six saisons, projet interrompu par l'annulation de la série après deux saisons.
HBO budgétisait environ 4 millions de dollars par épisode, un montant nettement supérieur à la moyenne des séries télévisées de l'époque.
Pour recréer l'atmosphère poussiéreuse du Dust Bowl, de la fumée et de la terre étaient constamment soufflées sur le plateau par des tubes, et environ 5000 personnes ont été costumées rien que pour la première saison.
L'équipe artistique a constitué une bibliothèque de recherche avec de vieux catalogues, dont un catalogue Sears original de 1934, achetés dans des brocantes et magasins d'antiquités, afin de restituer fidèlement le langage et l'ambiance des années 1930.
Les intérieurs ont été tournés aux studios de Santa Clarita en Californie, tandis que la ville fictive de Mintern a été filmée au Paramount Ranch à Agoura Hills ; le décor de la fête foraine a été déplacé dans divers ranchs et à Lancaster pour représenter l'Oklahoma, le Texas et le Nouveau-Mexique, avant de se fixer au Big Sky Ranch pour la saison 2.
Le générique d'ouverture, créé par la société d'effets visuels A52, utilisait des transparents scannés d'œuvres d'art célèbres, chacun pesant jusqu'à 300 Mo, combinés à des images d'archives de la Grande Dépression retouchées numériquement.
Le compositeur Jeff Beal a doté chaque personnage d'un leitmotiv joué par un instrument soliste choisi selon son origine ethnique ou sa nature, certains motifs étant volontairement similaires pour des personnages dont le lien n'est révélé que plus tard.
Le rôle de Sofie, initialement écrit comme une fille gitane plus exotique, a été retravaillé pour Clea DuVall qui a obtenu le rôle après quatre auditions.
Michael J. Anderson a été choisi pour incarner Samson sans réelle concurrence, Daniel Knauf le voulant pour ce rôle dès la toute première réunion du projet.
L'épisode pilote 'Milfay' a attiré 5,3 millions de téléspectateurs, établissant alors le meilleur lancement pour une série originale HBO, un record battu l'année suivante par Deadwood.
L'annulation de la série a suscité une mobilisation des fans, générant plus de 50 000 e-mails envoyés à HBO en un seul week-end pour demander son maintien.
En 2005, l'écrivain Jeff Bergquist a intenté un procès contre HBO et Daniel Knauf, affirmant que Carnivàle avait été inspirée de son roman inédit Beulah sur une fête foraine itinérante pendant la Dépression ; HBO et Knauf ont nié toute contrefaçon.
