Il regista Steve McQueen ha sviluppato il progetto dopo aver incontrato lo sceneggiatore John Ridley alla proiezione di Hunger della Creative Artists Agency nel 2008, ma l'idea si è concretizzata solo dopo che Bianca Stigter, compagna di McQueen, ha scoperto le memorie del 1853 di Solomon Northup, Dodici anni di schiavitù.

McQueen ha detto che la lettura delle memorie di Northup lo ha sconvolto, paragonandola al diario di Anne Frank ma scritto 97 anni prima, e ha fatto diventare sua passione adattare il libro in un film.

La società di produzione di Brad Pitt, Plan B Entertainment, ha finanziato il progetto dopo un lungo processo di sviluppo, il che ha aiutato a garantire finanziamenti da altri studi; Pitt ha anche assunto un ruolo di supporting nel film finito.

McQueen ha paragonato la condotta sullo schermo di classe e dignità di Chiwetel Ejiofor a quella di Sidney Poitier e Harry Belafonte nel spiegare la sua scelta di castarlo come Solomon Northup.

Le riprese principali hanno avuto luogo per sette settimane nella grande area di New Orleans, utilizzando quattro storiche piantagioni antebellum—Felicity, Bocage, Destrehan e Magnolia—con Magnolia situata a pochi chilometri da uno dei veri siti dove Northup era schiavizzato.

L'attore Chiwetel Ejiofor ha descritto le riprese nei veri siti storici come un'esperienza emotiva, dicendo che sembrava 'ballare con i fantasmi'.

L'insegnante di dialetto Michael Buster ha fatto studiare al cast i modelli regionali di discorso poiché non esistono registrazioni del parlato degli schiavi degli anni 1840; ha utilizzato campioni del Mississippi rurale e della Louisiana per Ejiofor e Fassbender e registrazioni di newyorlesianesi dell'alta società degli anni 1930 per Benedict Cumberbatch, mentre Lupita Nyong'o, nata in Kenya, ha lavorato per adattare il suo parlato addestrato a Yale in dialetto americano.

Il direttore della fotografia Sean Bobbitt ha girato il film su 35mm con un formato widescreen 2.35:1, e i cineasti hanno deliberatamente evitato un aspetto desaturato e documentaristico, con McQueen che cita i dipinti della violenza di Francisco Goya come riferimento visivo per evitare di distogliere l'attenzione dall'immagine stessa.

La costumista Patricia Norris ha avuto solo otto settimane per creare quasi 1.000 costumi, e ha prelevato campioni di terra da tutte e tre le piantagioni di ripresa per abbinare accuratamente la tavolozza di colori dei vestiti ad ogni location.

La partitura è stata composta da Hans Zimmer, con la musica originale per violino sullo schermo scritta e arrangiata da Nicholas Britell e eseguita da Tim Fain; la cover di John Legend di 'Roll, Jordan, Roll' è stata pubblicata online tre settimane prima dell'album della colonna sonora.

Dopo che entrambi hanno vinto gli Oscar, è stato riferito che McQueen e Ridley avevano una faida in corso sul credito esclusivo della sceneggiatura, con McQueen che aveva chiesto a Ridley di condividere il credito e Fox Searchlight che ha sostenuto Ridley; né l'uno né l'altro si è ringraziato nei discorsi di accettazione, anche se Ridley in seguito ha espresso pentimento e ha negato qualsiasi faida.

La vittoria di Miglior Film ha reso Steve McQueen il primo produttore afroamericano a ricevere mai questo Oscar e il primo regista afroamericano di un film che ha vinto il Miglior Film.

Nel 2023, il film è stato selezionato per la conservazione nel Registro Nazionale dei Film degli Stati Uniti nel suo primo anno di idoneità, diventando il 49º vincitore del premio Academy Award per il Miglior Film ad essere ammesso.

Un'analisi visiva del blog Information is Beautiful ha stimato che il film aveva un'accuratezza dell'88,1% rispetto agli eventi della vita reale, concludendo che le scene più angoscianti sono realmente accadute.