Quentin Tarantino e Uma Thurman concepirono il personaggio della Sposa durante le riprese di Pulp Fiction nel 1994; nei titoli di Kill Bill il personaggio è accreditato a "Q & U".
Tarantino trascorse un anno e mezzo a scrivere la sceneggiatura vivendo a New York tra il 2000 e il 2001, e il tempo passato con Thurman e sua figlia neonata influenzò il modo in cui scrisse il personaggio della Sposa, tanto che capì solo verso la fine della scrittura che il bambino della Sposa poteva essere ancora vivo.
Molte caratteristiche della Sposa erano state originariamente pensate per Shosanna Dreyfus, la protagonista di Bastardi senza gloria (a cui Tarantino lavorava prima di Kill Bill), un'assassina con una lista di nazisti da eliminare; l'idea fu poi spostata sul personaggio della Sposa.
Un primo capitolo tagliato dalla sceneggiatura prevedeva una sparatoria tra la Sposa e Yuki, la sorella vendicativa di Gogo Yubari; fu eliminato perché avrebbe reso il film troppo lungo e aggiunto un milione di dollari al budget, ma Tarantino lo ha poi adattato nel cortometraggio animato The Lost Chapter: Yuki's Revenge, uscito nel 2025.
Il ruolo di Bill fu scritto originariamente per Warren Beatty, che lo rifiutò perché non voleva stare lontano dalla famiglia durante le riprese in Cina; Tarantino considerò anche Bruce Willis prima di riscrivere il personaggio per David Carradine.
Daryl Hannah fu scelta per il ruolo di Elle Driver dopo che Tarantino la vide nel film per la televisione First Target, e le somiglianze fisiche tra lei e Uma Thurman ispirarono la scrittura della rivalità tra i due personaggi.
Michelle Yeoh incontrò Tarantino per discutere di un possibile ruolo nel film.
Quando Uma Thurman rimase incinta poco prima dell'inizio delle riprese, Tarantino decise di posticipare la produzione, citando l'esempio di Josef von Sternberg che attese Marlene Dietrich incinta prima di girare Marocco.
Sebbene le scene siano presentate fuori ordine cronologico nel montaggio finale, il film fu girato seguendo l'ordine cronologico della storia.
La sequenza della Casa delle Foglie Blu, in cui la Sposa affronta decine di soldati yakuza, richiese otto settimane di riprese, sei in più del previsto, perché Tarantino voleva creare una delle sequenze d'azione più spettacolari della storia del cinema.
La troupe evitò gli effetti digitali a favore di effetti pratici ispirati al cinema cinese anni '70 (in particolare del regista Chang Cheh), usando estintori e preservativi per creare schizzi ed esplosioni di sangue.
Verso la fine delle riprese Uma Thurman rimase ferita in un incidente d'auto girando la scena in cui la Sposa guida verso Bill: aveva chiesto una controfigura ma Tarantino la rassicurò sulla sicurezza dell'auto e del percorso, e lei perse il controllo del veicolo riportando una commozione cerebrale e lesioni al ginocchio; secondo Thurman, la Miramax le avrebbe consegnato il filmato dell'incidente solo se avesse firmato un documento di sollievo da responsabilità, e il filmato fu reso pubblico solo nel 2018 dopo le accuse contro Harvey Weinstein.
Il film fu girato e montato come un'unica opera; fu Harvey Weinstein, noto per spingere i registi ad accorciare i propri film, a suggerire di dividerlo in due parti, permettendo così a Tarantino di non tagliare scene come la sequenza anime.
Tarantino scelse di girare in bianco e nero la scena dell'incontro della Sposa con i Crazy 88 per evitare che il film ricevesse un rating NC-17.
Il film rende omaggio alla Shaw Brothers Studio inserendo il logo ShawScope nei titoli di apertura e utilizzando il "crashing zoom", uno zoom rapido tipico dei film Shaw Brothers.
La tuta gialla, il casco e la moto della Sposa richiamano quelli usati da Bruce Lee nel film L'ultimo combattimento di Chen del 1972.
Il nome del personaggio Hattori Hanzō è un omaggio al ruolo interpretato da Sonny Chiba nella serie televisiva giapponese Shadow Warriors degli anni '80, in cui l'attore interpretava lo storico ninja del XVI secolo.
Per l'arrivo della Sposa a Tokyo, la produzione riutilizzò il modellino in miniatura dello skyline di Yokohama creato per Godzilla, Mothra e King Ghidorah - Gli attacchi dei mostri giganti, ridecorandolo per farlo sembrare Tokyo, grazie all'intervento del coordinatore di produzione Shinji Higuchi che aveva lavorato a entrambi i film.
Secondo Tarantino, la sequenza animata fu ispirata dal film indiano Aalavandhan del 2001.
La colonna sonora del Volume 1 include musiche del gruppo disco franco-americano Santa Esmeralda, del gruppo garage rock giapponese le 5.6.7.8's e della cantante giapponese Meiko Kaji, mentre la colonna sonora originale fu composta dal produttore americano RZA.
Il Pussy Wagon della Sposa fece un cameo nel videoclip della canzone "Telephone" di Lady Gaga e Beyoncé del 2010, su richiesta dello stesso Tarantino.
Kill Buljo, una parodia norvegese del 2007 ambientata nel Finnmark, secondo il quotidiano norvegese Dagbladet fu approvata da Tarantino stesso.
