I produttori scelsero il romanzo From Russia, with Love come seguito perché il presidente John F. Kennedy lo aveva inserito tra i suoi dieci libri preferiti in un articolo di Life magazine.
Il film fu l'ultima pellicola vista da JFK alla Casa Bianca, il 20 novembre 1963, poco prima del suo assassinio a Dallas.
Per evitare controversie politiche legate alla Guerra Fredda, gli sceneggiatori sostituirono l'agenzia sovietica SMERSH del romanzo con l'organizzazione criminale SPECTRE.
Il primo sceneggiatore ingaggiato fu Len Deighton, che accompagnò la troupe a sopralluogo a Istanbul ma venne sostituito per la lentezza dei progressi; tornarono così Johanna Harwood e Richard Maibaum, già autori di Dr. No.
Numerose attrici furono considerate per il ruolo di Tatiana, tra cui Sylva Koscina, Virna Lisi, Annette Vadim e Tania Mallet, ma alla fine fu scelta Daniela Bianchi, ex finalista di Miss Universo 1960, presumibilmente per volere di Sean Connery.
Le battute di Daniela Bianchi furono doppiate dall'attrice britannica Barbara Jefford, poiché il suo inglese non risultò abbastanza credibile nonostante avesse preso lezioni per il ruolo.
La scena in cui Bond trova Tatiana nel proprio letto d'albergo fu usata come provino per Daniela Bianchi, con Anthony Dawson nei panni di controfigura di Bond; da allora divenne la scena tradizionale per i provini dei futuri interpreti di Bond e delle Bond girl.
Il regista John Ford raccomandò a Terence Young l'attore messicano Pedro Armendáriz per il ruolo di Kerim Bey; durante le riprese a Istanbul gli fu diagnosticato un cancro inoperabile e la produzione riorganizzò le scene per permettergli di completare il suo lavoro prima di ritirarsi e morire poco dopo.
Robert Shaw inizialmente rifiutò il ruolo di Donald Grant perché non gli piaceva la sceneggiatura, ma fu convinto ad accettarlo dalla sua futura moglie Mary Ure, un ruolo che lanciò la sua carriera cinematografica.
Desmond Llewelyn, fan del fumetto di James Bond pubblicato sul Daily Express, fu scelto per interpretare Q dopo che Peter Burton risultò indisponibile, e rimase nel ruolo fino alla sua morte nel 1999.
Il set delle scene degli zingari, che avrebbe dovuto essere girato in un accampamento reale a Topkapi, fu invece ricostruito in una replica a Pinewood Studios.
La scena dei topi dopo il furto del Lektor fu girata in Spagna perché la legge britannica non permetteva di filmare con ratti selvatici, dopo che un tentativo di usare ratti bianchi dipinti di marrone in Turchia non aveva funzionato.
Il 6 luglio 1963, durante un sopralluogo in Scozia per le riprese dell'inseguimento in barca, l'elicottero di Terence Young precipitò in acqua con a bordo il direttore artistico e un operatore; tutti sopravvissero con lievi ferite e Young tornò a girare lo stesso giorno.
Durante le riprese, l'autista di Daniela Bianchi si addormentò alla guida durante un turno mattutino e causò un incidente che le procurò lividi al viso, obbligando a ritardare le sue scene di due settimane.
L'inseguimento in elicottero fu girato utilizzando un elicottero in miniatura radiocomandato, mentre l'esplosione finale, girata a Pinewood, sfuggì al controllo bruciando le palpebre di Walter Gotell e ferendo gravemente tre controfigure.
Frank Sinatra fu preso in considerazione per cantare la canzone del titolo, ma rifiutò l'offerta; il brano fu infine affidato a Matt Monro.
Nella scena della partita a scacchi iniziale, Kronsteen vince ricreando la celebre vittoria di Boris Spassky su David Bronstein del 1960.
Il campo di addestramento della SPECTRE si ispira al film Spartacus, mentre l'inseguimento in elicottero fu ispirato dalla scena dell'aereo in Intrigo Internazionale di Hitchcock.
Il film incassò oltre 78 milioni di dollari nel mondo a fronte di un budget di soli 2 milioni, superando il precedente Dr. No e diventando un vero blockbuster degli anni '60.
Nel 2004 la rivista Total Film lo inserì al nono posto tra i migliori film britannici di sempre, unico film della saga di James Bond presente nella lista.
