Il progetto, inizialmente intitolato 'Evil Me', nacque da un'idea dell'animatore e sceneggiatore spagnolo Sergio Pablos, che propose al produttore Chris Meledandri un protagonista con caratteristiche da cattivo. Meledandri aveva appena fondato Illumination Entertainment dopo aver lasciato la 20th Century Fox Animation all'inizio del 2007.

Despicable Me è stato il primo film prodotto da Illumination Entertainment, annunciato nel novembre 2008 come primo progetto in animazione computerizzata dello studio.

Pierre Coffin fu scelto come co-regista per la sua esperienza nella regia di spot pubblicitari per lo studio Mac Guff, mentre Chris Renaud venne coinvolto grazie alla sua esperienza in animazione acquisita ai Blue Sky Studios.

Dopo essersi accorto che il comportamento di Gru rischiava di risultare stucchevole per il pubblico, Meledandri ordinò ai registi di alleggerire il tono del film; Steve Carell suggerì invece di mantenere un lato più tagliente del personaggio, portando alla scrittura delle scene in cui Gru fa scoppiare un palloncino e congela dei clienti.

L'animazione e gli effetti visivi del film furono realizzati per contenere i costi dallo studio parigino Mac Guff, che impiegò solamente 100 artisti.

I Minion non esistevano nella sceneggiatura originale: furono aggiunti durante la produzione da Pierre Coffin, Chris Renaud e dal character designer Eric Guillon, che inizialmente li avevano concepiti come umani o robot prima di trasformarli nelle piccole creature gialle a forma di pillola.

Il design dei Minion si ispira agli Oompa-Loompa di Willy Wonka e la fabbrica di cioccolato (1971), ai Jawa di Star Wars, alle star del cinema muto Buster Keaton e Charlie Chaplin, e a personaggi dei cartoni Warner Bros. come Bugs Bunny.

La lingua parlata dai Minion, talvolta chiamata 'Minionese', fu inventata dai regisiti Pierre Coffin e Chris Renaud.

Il film ha ispirato diversi meme su Internet, tra cui 'Gorl', legato al modo in cui Gru pronuncia la parola 'girl' con il suo accento, e 'Gru's Plan', basato sulla scena in cui la presentazione del furto della luna viene interrotta da un disegno di Gru seduto sul water.

Il successo del film ha contribuito a lanciare la carriera di Elsie Fisher, voce della piccola Agnes.