La sceneggiatura è stata adattata dal romanzo di Ian McEwan da Christopher Hampton, che aveva concepito una prima versione più letteraria e lineare pensata per il regista Richard Eyre; quando Joe Wright ha preso in mano il progetto, ha chiesto una riscrittura più vicina al romanzo, con la voce della vecchia Briony relegata solo all'epilogo invece che distribuita in tutto il film.

James McAvoy aveva già rifiutato precedenti proposte di lavorare con Joe Wright, ma restava la prima scelta del registra per il ruolo di Robbie dopo averlo visto recitare all'Hampstead Theatre; fu l'unico attore a cui venne offerta la parte.

Saoirse Ronan fu scoperta grazie a un nastro in cui parlava con un accento inglese anni '20 perfetto; Wright rimase sorpreso scoprendo che in realtà l'attrice aveva un forte accento irlandese, ma la scelse comunque per l'intensità che mostrava.

Abbie Cornish era stata scelta per interpretare la Briony diciottenne, ma dovette rinunciare per un conflitto di programmazione con Elizabeth: The Golden Age; il ruolo passò quindi a Romola Garai, che studiò i filmati di Saoirse Ronan per adattare la propria fisicità al personaggio.

Vanessa Redgrave, scelta per interpretare la Briony anziana, fu la prima attrice ad essere contattata per il film (anche se formalmente ingaggiata solo dopo aver trovato Ronan) e si impegnò nel progetto dopo un solo incontro con Joe Wright.

A causa di restrizioni di budget e di calendario, la troupe aveva solo due giorni per filmare tutte le scene di guerra sulla spiaggia di Dunkerque e non poteva permettersi le oltre 1000 comparse necessarie; Wright e il direttore della fotografia Seamus McGarvey optarono quindi per un unico piano sequenza di 5 minuti e mezzo che segue Robbie lungo un quarto di miglio di spiaggia.

Il celebre piano sequenza di Dunkerque fu girato in tre riprese complete (una quarta venne abbandonata a metà per la luce insufficiente) e realizzato dall'operatore Steadicam Peter Robertson, che si spostava tra un veicolo di tracking, il movimento a piedi e un risciò tramite una rampa.

Le scene di guerra sulla spiaggia di Dunkerque furono in realtà filmate sul lungomare di Redcar, mentre le scene di strada di Dunkerque furono girate nella fabbrica del ghiaccio di Grimsby Docks.

La villa della famiglia Tallis, Stokesay Court a Onibury, nello Shropshire, fu scelta sfogliando vecchi numeri della rivista Country Life e corrisponde a una dimora vittoriana costruita nel 1889, ancora oggi proprietà privata.

La stazione della metropolitana di Aldwych, chiusa dagli anni '90 sulla linea Piccadilly, fu utilizzata per ricreare la stazione di Balham e la sua alluvione del 1940.

Il film contiene un breve estratto del film francese del 1938 Le Quai des brumes di Marcel Carné.

Il regista e sceneggiatore Anthony Minghella appare brevemente nel film come intervistatore televisivo nella scena finale; morì sei mesi dopo l'uscita del film, a 54 anni, in seguito a un'operazione per un cancro.

Il vestito verde indossato da Cecilia durante la scena d'amore in biblioteca suscitò grande interesse mediatico; per il decimo anniversario dell'uscita americana del film, la costumista Jacqueline Durran lo definì 'indimenticabile', ed è stato considerato da più fonti uno dei costumi più iconici della storia del cinema.

Il film contiene diverse incongruenze storiche volute o involontarie: nel 1935 viene mostrato un bombardiere Avro Lancaster che in realtà volò per la prima volta solo nel 1941, e Robbie ascolta una registrazione del duetto d'amore della Bohème con Victoria de los Ángeles e Jussi Björling, incisa solo nel 1956.