La sceneggiatrice Diana Ossana scoprì il racconto breve di Annie Proulx nell'ottobre 1997, pochi giorni dopo la sua pubblicazione, e convinse il suo collaboratore Larry McMurtry a leggerlo, il quale lo definì un 'capolavoro'.

Gus Van Sant tentò per anni di realizzare il film, sperando di scritturare Matt Damon e Joaquin Phoenix, oltre a considerare Leonardo DiCaprio, Brad Pitt e Ryan Phillippe; Damon rifiutò dicendo di non poter seguire un film gay e un film da cowboy con un 'film gay-cowboy'.

Il progetto passò per le mani di numerosi registi prima di arrivare ad Ang Lee: Pedro Almodóvar rifiutò per timore di perdere libertà artistica, ed Edward Norton, Joel Schumacher e molti altri furono contattati ma nessuno si impegnò concretamente.

Lo studio inizialmente riteneva Heath Ledger 'non abbastanza mascolino' per il ruolo, ma la sceneggiatrice Diana Ossana insistette e Ledger, dopo aver letto lo script, si propose personalmente definendolo 'bellissimo'.

Mark Wahlberg incontrò Ang Lee per un ruolo nel film ma rifiutò perché lo script lo 'metteva a disagio'.

Anne Hathaway si presentò al provino per il ruolo di Lureen indossando ancora l'abito da ballo e un'acconciatura eccessiva del set di 'The Princess Diaries 2', durante la pausa pranzo delle riprese; mentì inoltre ad Ang Lee sulle sue capacità di equitazione per ottenere la parte, prendendo poi lezioni per due mesi.

Sebbene il racconto sia ambientato nel Wyoming, il film fu girato quasi interamente nelle Montagne Rocciose canadesi, in Alberta, per motivi di budget; la montagna del film è un composito di più rilievi come Mount Lougheed, Fortress Mountain e Moose Mountain.

Le autorità ambientali dell'Alberta inizialmente proibirono di portare pecore domestiche sulle Montagne Rocciose per il rischio di malattie alla fauna selvatica; fu poi concesso il permesso a condizione che le pecore fossero trasportate dentro e fuori ogni giorno, sotto la supervisione di un biologo.

La prima scena di sesso tra Ennis e Jack richiese 13 ciak per soddisfare le aspettative del regista Ang Lee, il quale durante le riprese delle scene intime manteneva le distanze dagli attori per lasciarli liberi e spontanei.

Durante una scena di baci, Heath Ledger rischiò di rompere il naso a Jake Gyllenhaal; inoltre Michelle Williams si distorse un ginocchio nei primi giorni di riprese, costringendo a modificare i movimenti del suo personaggio, e Ledger si ferì una mano colpendo un muro per una scena.

L'organizzazione American Humane denunciò un possibile trattamento improprio degli animali durante le riprese, sostenendo che le pecore fossero maneggiate in modo brusco e che un alce fosse stato 'abbattuto su comando'; si scoprì poi che l'alce era stato colpito con un anestetico, violando le linee guida standard.

Il compositore Gustavo Santaolalla riuscì a scrivere la colonna sonora prima ancora dell'inizio delle riprese, basandosi solo sulla storia e su una conversazione con il regista.

Le due camicie indossate dai personaggi di Ledger e Gyllenhaal furono vendute su eBay nel 2006 per 101.100,51 dollari a favore di un'associazione benefica per l'infanzia; l'acquirente le definì 'le scarpette rosse del nostro tempo', in riferimento a un cimelio de Il mago di Oz.

In Cina il film non fu mai distribuito nelle sale per decisione del governo, ma circolò ampiamente in DVD e VHS pirata; il termine 'brokeback' entrò nel lessico cinese come slang per indicare l'omosessualità.

Nel 2008 l'emittente pubblica italiana Rai Due mandò in onda una versione censurata del film, eliminando tutte le scene con riferimenti omoerotici, scatenando le proteste del pubblico e le accuse di omofobia da parte dell'associazione Arcigay; la Rai attribuì l'errore al distributore italiano e trasmise la versione integrale nel marzo 2009.

Dopo la sconfitta agli Oscar contro Crash per il premio come Miglior Film, oltre 800 sostenitori raccolsero fino a 26.000 dollari per pubblicare un annuncio di ringraziamento sulla rivista Daily Variety; nel 2015 il Hollywood Reporter condusse un sondaggio tra i membri dell'Academy in cui Brokeback Mountain vinse il 'riconteggio' per il Miglior Film.

L'attore Randy Quaid, che interpretò Joe Aguirre, fece causa a Focus Features nel 2006 accusando la produzione di avergli fatto credere che il film fosse un'opera indipendente a basso budget senza prospettive di guadagno, per scritturarlo a una tariffa più bassa; ritirò poi la causa dopo un accordo.