John Cho a laissé pousser ses cheveux pour imiter le look de Spike Spiegel dans l'anime, un personnage à l'origine inspiré de l'acteur japano-coréen Yūsaku Matsuda selon le réalisateur Shinichirō Watanabe.
Le showrunner André Nemec a délibérément choisi des acteurs plus âgés que dans l'anime, estimant que cela apporterait une plus grande profondeur émotionnelle aux personnages en prise de vues réelles.
Plusieurs doubleurs japonais originaux de l'anime, dont Kōichi Yamadera (voix de Spike), ont repris leurs rôles pour le doublage japonais de la série live action.
Le personnage de Gren a été réimaginé comme non-binaire pour la série, tandis que Whitney, à l'origine un homme dans l'anime, est devenu un personnage féminin.
La comédienne Eden Perkins, qui incarne Radical Ed, n'a été révélée que le jour de la sortie de la série sur Netflix et n'apparaît que dans les toutes dernières scènes du dixième épisode.
En octobre 2019, John Cho s'est blessé au genou pendant le tournage, ce qui a retardé la production d'environ huit mois ; Netflix a toutefois refusé de changer d'acteur malgré ce retard.
Le tournage s'est déroulé sur 185 lieux autour d'Auckland, en Nouvelle-Zélande, entre juillet 2019 et mars 2021, avec l'aide de 150 habitants locaux dans les équipes artistiques et de construction ; la ville a été choisie pour son esthétique urbaine 'plus crasseuse'.
La production a dû s'interrompre à cause de la pandémie de Covid-19 et n'a pu reprendre que le 30 septembre 2020, après le feu vert du gouvernement néo-zélandais, pour s'achever définitivement le 15 mars 2021.
La costumière Jane Holland a conçu une nouvelle tenue fonctionnelle pour Faye Valentine, différente de celle de l'anime, afin de permettre à Daniella Pineda de dissimuler des protections de cascade tout en évitant une sexualisation gratuite du personnage.
Elena Satine, qui interprète Julia, était enceinte pendant le tournage de la série.
Yoko Kanno, compositrice de la musique de l'anime original, a également composé celle de la série live action, et John Cho a affirmé s'être assuré de son implication avant même d'accepter le rôle de Spike.
Le thème d'ouverture original de l'anime, 'Tank!', a été repris pour le générique de la série, dont le tournage a nécessité trois jours pour recréer en prise de vues réelles l'animation originale.
Pour adapter Cowboy Bebop, les scénaristes se sont inspirés des films ayant influencé le réalisateur original Shinichirō Watanabe, comme Le Grand Sommeil, Le Bon, la Brute et le Truand, Bonnie and Clyde, 2001 : l'Odyssée de l'espace, L'Inspecteur Harry, L'Arme fatale et The Crow.
Shinichirō Watanabe a servi de consultant créatif pour la série et a fourni des dessins conceptuels originaux, mais il a publiquement critiqué le résultat final, déclarant qu'après avoir vu la scène d'ouverture dans un casino il a arrêté son visionnage car ce n'était clairement pas Cowboy Bebop.
Bien que la série ait figuré dans le Top 10 mondial de Netflix avec près de 74 millions d'heures de visionnage, son audience a chuté de 59 % la semaine suivant sa sortie, ce qui a précédé son annulation après une seule saison, moins de trois semaines après sa diffusion.
L'annulation de la série a provoqué une pétition intitulée 'Save the live action Cowboy Bebop', ayant recueilli plus de 150 000 signatures, dont celle de Steve Blum, la voix anglaise originale de Spike dans l'anime.
