Dopo il successo finanziario inferiore alle attese di Batman - Il ritorno, considerato troppo dark per i bambini (McDonald's ritirò addirittura il tie-in Happy Meal), Warner Bros. decise di allontanarsi da Tim Burton alla regia, che rimase comunque come produttore.
John McTiernan rifiutò di dirigere il film perché era impegnato con Die Hard - Duri a morire, e Joel Schumacher fu scelto nel giugno 1993 con l'approvazione di Burton.
La sceneggiatura originale della coppia Batchler prevedeva un Enigmista chiamato Lyle Heckendorf con un topo domestico, un'azienda chiamata HeckTech invece di NygmaTech e una scena tagliata in cui il villain otteneva il costume da un leprecauno indovino al circo.
Schumacher aveva inizialmente in mente un adattamento di Batman: Year One di Frank Miller con Michael Keaton entusiasta dell'idea, ma Warner Bros. rifiutò perché voleva un sequel e non un prequel.
Michael Keaton rifiutò di tornare come Batman perché non gradiva la nuova direzione della serie, rinunciando a un cachet di 15 milioni di dollari; Ethan Hawke rifiutò l'offerta successiva ma se ne pentì in seguito.
Per il ruolo di Batman furono considerati anche William Baldwin, Ralph Fiennes, Daniel Day-Lewis, Johnny Depp (fortemente voluto da Burton) e Kurt Russell, prima che Val Kilmer, visto da Schumacher in Tombstone, firmasse senza aver letto la sceneggiatura né sapere chi fosse il regista.
Rene Russo era già stata scritturata come Chase Meridian, ma Warner Bros. la scartò ritenendola troppo anziana per essere accoppiata a Kilmer, e il ruolo fu poi assegnato a Nicole Kidman, che accettò la parte perché voleva 'baciare Batman'.
Billy Dee Williams, che interpretò Harvey Dent nel film del 1989 sperando di diventare Due Facce in un sequel, fu scartato in favore di Tommy Lee Jones, voluto da Schumacher dopo averlo diretto in The Client; anche Al Pacino, Clint Eastwood, Robert De Niro e Mel Gibson furono considerati per il ruolo.
Robin Williams era in trattative per interpretare l'Enigmista ma la collaborazione con Schumacher non funzionò; anche Michael Jackson si propose insistentemente per il ruolo prima che venisse scelto Jim Carrey.
Marlon Wayans era stato scritturato per il ruolo di Robin già durante la produzione di Batman - Il ritorno, ma con l'arrivo di Schumacher il casting fu riaperto e tra i candidati considerati figurarono Leonardo DiCaprio, Matt Damon, Mark Wahlberg, Ewan McGregor e Jude Law, prima che il ruolo andasse a Chris O'Donnell.
Schumacher e Kilmer ebbero forti scontri sul set: il regista definì l'attore 'infantile e impossibile' e raccontò che Kilmer smise di parlargli per due settimane dopo un rimprovero per la sua maleducazione con la troupe.
Anche Tommy Lee Jones creò tensioni sul set: secondo Carrey, Jones gli disse apertamente 'ti odio, non mi piaci per niente, non posso sanzionare la tua buffonata'.
Per il sound design, i tecnici Bruce Stambler e John Levesque effettuarono viaggi in vere grotte per registrare suoni autentici di pipistrelli.
Il pittore surrealista svizzero H. R. Giger propose una sua versione della Batmobile, ma fu giudicata troppo sinistra per il tono del film.
Il compositore Elliot Goldenthal fu assunto prima ancora che la sceneggiatura fosse scritta, con l'esplicita richiesta di Schumacher di non ispirarsi allo stile di Danny Elfman; tuttavia i trailer promozionali usarono comunque il tema principale di Elfman del film del 1989.
Solo cinque delle canzoni presenti nella colonna sonora compaiono effettivamente nel film; tra i brani di successo figurano 'Hold Me, Thrill Me, Kiss Me, Kill Me' degli U2 e 'Kiss from a Rose' di Seal, il cui video musicale fu diretto dallo stesso Schumacher.
Il film aprì con un record di 52,8 milioni di dollari nel weekend d'esordio negli Stati Uniti, superando il record di Jurassic Park, e fu il primo film a incassare 20 milioni di dollari in un solo giorno di programmazione.
La scelta di aggiungere capezzoli in rilievo alle tute di Batman e Robin scatenò polemiche internazionali; Schumacher spiegò di essersi ispirato alle statue dell'antica Grecia, mentre O'Donnell disse che a infastidirlo era più il codpiece che i capezzoli.
Dopo la morte di Schumacher nel 2020 iniziarono a circolare voci su un 'director's cut' più oscuro e lungo di circa 50 minuti in più rispetto alla versione cinematografica, la cui esistenza fu confermata da Warner Bros. e dallo sceneggiatore Akiva Goldsman, sebbene lo studio non abbia mai avuto intenzione di distribuirlo; una proiezione privata prevista nel maggio 2025 fu cancellata dopo una diffida legale di Warner Bros.
