La regista del primo film, Sam Taylor-Johnson, avrebbe dovuto dirigere anche il sequel, ma lasciò il franchise il 25 marzo 2015 a causa di noti dissidi con la scrittrice E. L. James durante la lavorazione del primo film.

Le riprese, inizialmente previste a Vancouver per giugno 2015, furono posticipate a causa dei ritardi nella stesura della sceneggiatura, riscritta poi da Niall Leonard, marito di E. L. James, dopo che quest'ultima aveva voluto rimaneggiarla personalmente.

L'attore Jamie Dornan aveva dichiarato che difficilmente avrebbe partecipato a un sequel per non creare tensioni con la moglie Amelia Warner, ma la notizia fu smentita poiché gli attori erano vincolati da un contratto multi-film.

Robinne Lee, Fay Masterson, Tyler Hoechlin (nel ruolo di Boyce Fox) e Hugh Dancy (nel ruolo dello psichiatra Dr. John Flynn) furono scritturati durante la produzione, ma nessuno dei due attori appare poi nel film finito.

Le riprese di Fifty Shades Darker e del suo sequel Fifty Shades Freed furono girate consecutivamente tra il 9 febbraio e il 12 luglio 2016 a Parigi e Vancouver, sotto il titolo di lavorazione fittizio "Further Adventures of Max and Banks 2 & 3".

Danny Elfman, già compositore del primo film, tornò a comporre la colonna sonora originale del sequel, mentre la canzone principale "I Don't Wanna Live Forever" di Zayn e Taylor Swift fu pubblicata il 9 dicembre 2016.

Il primo trailer ufficiale, uscito il 15 settembre 2016, ottenne 114 milioni di visualizzazioni nelle prime 24 ore, superando il record detenuto da Star Wars: Il risveglio della Forza (112 milioni), record che fu poi battuto dal secondo trailer de La bella e la bestia della Disney.

Al Razzie Awards 2017 il film ricevette nove candidature, tra cui peggior film, peggior attore e peggior attrice, vincendo nelle categorie peggior sequel/remake/rip-off e peggior attrice non protagonista per Kim Basinger.