Le showrunner Sam Rolfe voulait à l'origine laisser le sens de l'acronyme U.N.C.L.E. ambigu, pour qu'il puisse évoquer aussi bien 'Oncle Sam' que les Nations unies, mais le service juridique de la MGM s'est opposé à l'usage de 'U.N.' à des fins commerciales.
Ian Fleming, le créateur de James Bond, a participé à la genèse de la série à la demande du producteur Norman Felton et a proposé les personnages de Napoleon Solo et April Dancer ; le projet s'appelait d'abord 'Ian Fleming's Solo'.
En février 1964, les producteurs de James Bond Harry Saltzman et Albert Broccoli ont menacé d'engager des poursuites contre l'usage du nom de Fleming et du personnage 'Solo', ce qui a contraint la série à changer de titre malgré une affidavit de Fleming certifiant l'absence d'infraction.
Dans le pilote, le chef de U.N.C.L.E. s'appelait Mr. Allison et était joué par Will Kuluva plutôt que par Leo G. Carroll, et le personnage d'Illya Kuryakin n'avait qu'un rôle mineur ; des scènes ont dû être retournées pour intégrer Carroll avant diffusion télé.
À l'origine, Napoleon Solo devait être le personnage central de la série, mais l'enthousiasme du public pour Illya Kuryakin, interprété par David McCallum, a poussé les scénaristes à transformer les deux espions en véritable duo.
William Shatner et Leonard Nimoy sont apparus ensemble dans l'épisode 'The Project Strigas Affair' en 1964, deux ans avant le lancement de Star Trek, Shatner jouant un civil héroïque et Nimoy un homme de main du méchant interprété par Werner Klemperer.
Le pilote a été tourné en couleur fin novembre-début décembre 1963, notamment dans une usine de savon Lever Brothers en Californie, avant d'être remonté et diffusé en noir et blanc à la télévision sous le titre 'The Vulcan Affair'.
Des scènes supplémentaires avec Luciana Paluzzi, tournées en avril 1964, ont été ajoutées au pilote pour créer une version cinéma internationale intitulée 'To Trap a Spy', avec des scènes érotiques atténuées par le montage.
La plupart des épisodes ont été tournés sur le terrain extérieur de la MGM à Culver City ; le même bâtiment à l'imposant escalier extérieur et la même route bordée d'eucalyptus servaient à représenter tour à tour la Méditerranée, l'Amérique latine et pratiquement tous les continents du globe.
L'organisation ennemie devait initialement s'appeler Thrush, mais la MGM craignait une trop grande ressemblance avec SMERSH des romans de Fleming ; plusieurs noms alternatifs (Raven, Shark, Squid, Vulture, Tarantula, Snipe, Sphinx, Maggot) ont été envisagés avant que Thrush ne soit finalement conservé, le nom WASP ayant dû être abandonné car déjà utilisé par la série britannique Stingray.
Le pistolet emblématique surnommé 'U.N.C.L.E. Special', basé sur un Mauser modèle 1934 puis un Walther P38, était un faux pistolet démontable transformable en carabine, si convaincant que des autorités sont venues enquêter sur le plateau en pensant que le studio fabriquait illégalement des mitraillettes.
La voiture 'U.N.C.L.E. car', un modèle de concept-car Piranha Coupe basé sur le châssis d'une Chevrolet Corvair, avait disparu après la fin de la série avant d'être retrouvée dans le Colorado au début des années 1980 et restaurée par l'artiste des effets spéciaux oscarisé Robert Short.
Le thème musical composé par Jerry Goldsmith a évolué à chaque saison selon plusieurs compositeurs successifs (Morton Stevens, Walter Scharf, Lalo Schifrin, Gerald Fried, Robert Drasnin, Nelson Riddle, Richard Shores), reflétant le ton changeant de la série, du style martial de la première saison au jazz plus léger puis au style camp de la troisième saison.
Le producteur exécutif Norman Felton détestait tellement la partition de Nelson Riddle pour l'épisode 'The Concrete Overcoat Affair' qu'il ne l'a plus jamais engagé, bien que sa musique ait été réutilisée dans d'autres épisodes de la troisième saison.
Dans un pastiche de la série intitulé 'The Mouse from H.U.N.G.E.R.' diffusé le 21 avril 1967, les personnages de dessin animé Tom et Jerry parodient The Man from U.N.C.L.E., avec Jerry en agent secret chargé de voler un réfrigérateur plein de fromage au méchant Tom Thrush.
Le téléfilm de retrouvailles 'Return of the Man from U.N.C.L.E.' (1983) incluait un hommage à Ian Fleming via une apparition d'un agent secret aux initiales 'JB', interprété par George Lazenby au volant de l'Aston Martin DB5 de James Bond, avec une réplique faisant référence à 'On Her Majesty's Secret Service', l'unique film Bond de Lazenby.
Certains épisodes de la série ont connu un tel succès qu'ils ont été remontés avec des scènes supplémentaires plus adultes pour être exploités au cinéma sous forme de films, une pratique rare pour une série télévisée de l'époque.
