Walt Disney conosceva l'opera teatrale di J. M. Barrie fin dall'infanzia, avendo assistito a una tournée con Maude Adams nel ruolo di Peter Pan nel 1913 a Marceline, Missouri, e nel 1935 pensò di adattarla come suo secondo lungometraggio animato dopo Biancaneve.

Disney acquistò i diritti di animazione da Paramount Pictures nel 1938, dopo che questa si era già assicurata i diritti live-action, e firmò un contratto da 5.000 sterline con l'ospedale pediatrico di Great Ormond Street, detentore dei diritti originali.

Lo sviluppo del film fu sospeso dopo l'attacco di Pearl Harbor, quando lo studio Disney fu incaricato dal governo statunitense di produrre film di addestramento e propaganda bellica; la produzione riprese solo alla fine degli anni '40.

Nel 1940 Disney tentò personalmente di contattare Maude Adams, storica interprete teatrale di Peter Pan, per mostrarle un primo rullo del film, ma lei rifiutò, dichiarando che il suo Peter Pan era 'reale e vivo' per lei, mentre qualsiasi altra interpretazione sarebbe stata solo un fantasma.

Furono esplorate diverse versioni della sceneggiatura, incluse varianti in cui Nana andava a Neverland con i bambini o in cui John Darling veniva lasciato a Londra perché troppo serio e noioso; fu lo story artist Ralph Wright a convincere Disney a far partire anche John.

La celebre scena in cui Trilli beve il veleno al posto di Peter, presente nell'opera originale di Barrie, fu scartata perché Disney temeva fosse troppo difficile da realizzare in un film d'animazione.

Per il ruolo di Peter Pan, Disney voleva inizialmente Mary Martin, ma il fratello Roy la scartò trovando la sua voce troppo matura; alla fine fu scelto Bobby Driscoll, primo attore maschile a interpretare Peter Pan dopo una lunga tradizione di attrici nel ruolo.

Il ruolo di Capitan Uncino fu offerto inizialmente a Cary Grant, che si disse 'incuriosito' dalla proposta, ma alla fine la parte andò a Hans Conried, che doppiò anche George Darling seguendo la tradizione teatrale.

Come per i precedenti classici Disney, fu girato materiale di riferimento live-action con attori che recitavano le battute prima dell'animazione; l'attrice Margaret Kerry fece da modella per Trilli, dovendo tenere le braccia tese per simulare il volo in tutte le scene necessarie.

Hans Conried completò il doppiaggio in pochi giorni, ma fu impegnato come riferimento live-action per due anni e mezzo.

Il film fu l'ultimo in cui tutti e nove i leggendari animatori Disney, i 'Nine Old Men', lavorarono insieme come animatori supervisori.

L'animatore Fred Moore, che lavorò sui Bimbi Sperduti e sulle sirene, morì in un incidente stradale il 22 novembre 1952, poco prima dell'uscita del film, rendendo questa la sua ultima opera.

La melodia di 'The Second Star to the Right' era stata originariamente scritta per Alice nel Paese delle Meraviglie come parte di una canzone intitolata 'Beyond the Laughing Sky'.

La canzone 'Never Smile at a Crocodile' fu tagliata dalla colonna sonora del film ma venne poi inclusa nella riedizione in CD del 1997.

Michael Jackson ha citato Peter Pan come suo film preferito, e da esso trasse il nome della sua tenuta Neverland Ranch a Santa Barbara, dove aveva un parco divertimenti privato.

Ronald D. Moore, produttore esecutivo della serie riletta Battlestar Galactica, ha citato questo film come ispirazione per il tema ciclico del tempo della serie, riprendendo la battuta iniziale del film 'Tutto questo è già accaduto e accadrà di nuovo'.

La canzone 'What Made the Red Man Red?' è stata rimossa dalle trasmissioni televisive del film ed è ampiamente descritta come razzista dal 2014 per i suoi stereotipi sui nativi americani.