Per il ruolo di Miss Peregrine, oltre a Eva Green che fu scelta il 28 luglio 2014, erano state considerate anche Mischa Barton, Lucy Hale e Alison Sudol.

Asa Butterfield era la scelta preferita di Tim Burton per il ruolo di Jake fin da settembre 2014, ma l'attore non ricevette l'offerta ufficiale se non mesi dopo.

I diritti cinematografici del romanzo di Ransom Riggs furono acquistati dalla 20th Century Fox già nel maggio 2011, e Tim Burton entrò in trattative per dirigerlo a novembre dello stesso anno, scegliendo poi Jane Goldman per la sceneggiatura.

Le riprese iniziarono il 24 febbraio 2015 nella Tampa Bay Area in Florida (contee di Hillsborough e Pinellas) e durarono lì due settimane, per poi proseguire a Caerhays Castle e Minions in Cornovaglia, a Blackpool nel Regno Unito, a Brasschaat vicino Anversa in Belgio e ai Pinewood Studios.

Si tratta del secondo film di Tim Burton girato nell'area di Tampa Bay, dopo Edward mani di forbice nel 1990.

Tim Burton compare in un cameo nel film come un visitatore al luna park di Blackpool a cui un Vacuo lancia contro uno scheletro; nella stessa scena appare anche Glen Mexted, già comparsa in Dark Shadows e nel videoclip di 'Here with Me' dei Killers.

Le musiche originali del film sono state composte da Mike Higham e Matthew Margeson, mentre la canzone dei titoli di coda, 'Wish That You Were Here', è stata registrata dai Florence and the Machine.

La data di uscita del film fu spostata più volte: inizialmente prevista per il 31 luglio 2015, fu poi rimandata al 4 marzo 2016, quindi al 25 dicembre 2016, prima di essere fissata definitivamente al 30 settembre 2016.

In Italia il titolo del film fu inizialmente pensato come omonimo al romanzo, ma venne poi cambiato in 'Miss Peregrine - La casa dei ragazzi speciali'.