Prima che James Mangold assumesse la direzione del film, era stato legato al regista Tom Day e più di 12 sceneggiatori hanno contribuito alla sceneggiatura, ma il sindacato degli autori americani ha accreditato solo Patrick O'Neill a causa di questo grande numero di contributori.

All'attore comico Adam Sandler è stato offerto il ruolo da protagonista quando il film portava il titolo Wichita, ma ha rifiutato dicendo 'Non mi vedo me stesso brandire una pistola'.

Sotto il nome Trouble Man negli studi Sony Pictures, i due ruoli principali erano destinati a Chris Tucker ed Eva Mendes come film romantico, prima che si ritirassero dal progetto.

L'attore Gerard Butler si è incontrato con il team di produzione per il ruolo da protagonista opposto a Cameron Diaz, ma ha scelto invece di essere il protagonista di The Bounty Hunter con Jennifer Aniston.

Tom Cruise stava allora effettuando provini per cinque film diversi tra cui Salt e The Tourist, prima che la star finalmente decidesse di interpretare Knight and Day con la volontà di modificare il personaggio principale secondo le sue idee personali.

Il film è stato finanziato da New Regency e Dune Entertainment versando a Tom Cruise un compenso anticipato inferiore alla sua tariffa abituale che normalmente non era inferiore a 20 milioni di dollari, infatti ha ricevuto solo 11 milioni di dollari e ha accettato di non ricevere una percentuale dei ricavi fino al recupero dell'investimento da parte dei finanziatori.

Le riprese principali hanno avuto inizio a metà settembre 2009 a Boston e Bridgewater nel Massachusetts, le scene di aeroporto sono state girate presso il Massachusetts Regional Airport di Worcester, inoltre le riprese si sono svolte in città spagnole come Siviglia e Cadice, nella città austriaca di Salisburgo e nella città portuale di Port Antonio in Giamaica.

La band The Black Eyed Peas ha registrato una canzone esclusiva per il film intitolata 'Someday'.

Il film ha ottenuto un incasso mondiale di circa 262 milioni di dollari nonostante un inizio debole al botteghino, e in seguito è stato rifatto in una versione indiana intitolata Bang Bang! con protagonisti Hrithik Roshan e Katrina Kaif.