Il produttore John Davis ha optato i diritti cinematografici della serie televisiva degli anni Sessanta nel 1993, e ha stimato di aver commissionato da 12 a 14 sceneggiature diverse nei successivi 20 anni prima che il film finalmente prendesse forma.

Quentin Tarantino è stato brevemente associato al progetto in seguito al successo di Pulp Fiction, ma ha scelto di realizzare Jackie Brown al suo posto.

Steven Soderbergh era stato incaricato di dirigere una sceneggiatura di Scott Z. Burns con la produzione prevista per marzo 2012, ma se ne andò dopo aver avuto contrasti con i dirigenti della Warner Bros., che volevano mantenere il budget al di sotto di 60 milioni di dollari mentre lui riteneva che sarebbe stato insufficiente per i set in stile anni Sessanta e le location internazionali richieste.

George Clooney era in trattative per il ruolo da protagonista di Napoleon Solo a partire da novembre 2010, ma se ne andò nel settembre 2011 a causa di un infortunio ricorrente alla schiena.

Molti attori sono stati considerati per il ruolo di Napoleon Solo nel corso degli anni, tra cui Joseph Gordon-Levitt, Ryan Gosling, Channing Tatum, Matt Damon, Christian Bale, Leonardo DiCaprio, Chris Pine, Ryan Reynolds e Jon Hamm.

Tom Cruise è stato scelto come Napoleon Solo all'inizio del 2013 insieme ad Armie Hammer nel ruolo di Illya Kuryakin, ma Cruise si ritirò nel maggio 2013 a causa del suo impegno con Mission: Impossible – Rogue Nation, portando Henry Cavill a essere scelto come suo sostituto.

Emily Blunt è stata quasi scelta per il ruolo da protagonista femminile durante il mandato di Soderbergh come direttore, ma abbandonò il progetto poco dopo che lui se ne andò nel novembre 2011.

Rose Byrne e Charlize Theron sono state entrambe considerate per il ruolo di femme fatale che alla fine è andato a Elizabeth Debicki.

Il regista Guy Ritchie ha continuamente riscritto la sceneggiatura durante la produzione, spesso revisando le scene con gli attori la mattina della ripresa se qualcosa non gli sembrasse giusta, secondo il collaboratore di lunga data David Allcock.

Due diverse location nell'area di Londra sono state utilizzate per rappresentare i lati opposti del Muro di Berlino: il combattimento al bagno pubblico tra Solo e Kuryakin è stato girato a Regent's Park, mentre l'inseguimento automobilistico di apertura del film è stato girato a Chatham Historic Dockyard nel Kent.

Il film è stato un flop al botteghino, incassando solo circa 110 milioni di dollari in tutto il mondo rispetto a un budget di 75 milioni di dollari, con The Hollywood Reporter che ha stimato che lo studio ha perso almeno 80 milioni di dollari una volta considerati tutti i costi e i ricavi.