Il progetto nasce da un'idea di William Joyce, che nel 2005 fondò con Reel FX la società Aimesworth Amusements per produrre un film basato su The Guardians of Childhood; il progetto non si concretizzò, ma ne nacque il cortometraggio The Man in the Moon, base d'ispirazione del film.

L'idea dei Guardiani nacque da una domanda della figlia di William Joyce, che gli chiese se pensasse che Babbo Natale avesse mai incontrato il Coniglio Pasquale.

Leonardo DiCaprio era stato inizialmente annunciato, nel dicembre 2009, per doppiare Jack Frost, segnando quello che sarebbe stato il suo debutto in un film d'animazione, ma lasciò il progetto per motivi mai resi noti.

William Joyce fu co-regista del film per i primi anni, ma lasciò questo ruolo dopo la morte della figlia Mary Katherine, scomparsa nel maggio 2010 per un tumore al cervello; continuò comunque come produttore esecutivo mentre Peter Ramsey proseguì da solo alla regia.

Peter Ramsey divenne così il primo regista afroamericano a dirigere un film d'animazione CG a grande budget, ed è inoltre uno dei primi film DreamWorks ad avere un solo regista invece di due co-registi.

Il direttore della fotografia Roger Deakins, già collaboratore di DreamWorks per How to Train Your Dragon, ha fornito consulenza sull'illuminazione, selezionando riferimenti fotografici per i colori e dando indicazioni su contrasto, saturazione, profondità di campo e intensità luminosa.

Per rappresentare gli effetti volumetrici di Sandman e Pitch Black, DreamWorks Animation sviluppò OpenVDB, un nuovo strumento per gestire dati volumetrici come fumo e materiali amorfi, poi rilasciato gratuitamente come progetto open-source nell'agosto 2012.

William Joyce scelse di ambientare il film circa 300 anni dopo gli eventi narrati nella serie di libri proprio per evitare che il pubblico confrontasse direttamente le due opere e per lasciare libertà creativa durante la produzione.

Il compositore francese Alexandre Desplat ha scritto la colonna sonora originale, registrata a Londra agli Abbey Road Studios e agli Air Studios con la London Symphony Orchestra; è il primo film DreamWorks Animation a non coinvolgere Hans Zimmer o membri della sua Remote Control Productions.

La canzone dei titoli di coda, Still Dream, con testo di David Lindsay-Abaire e interpretata dal soprano Renée Fleming, è dedicata a Mary Katherine Joyce, la figlia di William Joyce scomparsa nel 2010.

Durante la scena della prima apparizione di Nord si può ascoltare un estratto della Suite dell'Uccello di fuoco di Stravinsky.

Nonostante abbia incassato oltre 306 milioni di dollari nel mondo contro un budget di 145 milioni, il film fu considerato un fallimento commerciale, facendo perdere a DreamWorks circa 87 milioni di dollari per gli alti costi di marketing e distribuzione, portando a licenziamenti di 350 dipendenti nel febbraio 2013.

Fu l'ultimo film DreamWorks Animation distribuito da Paramount Pictures prima del passaggio alla 20th Century Fox, e in seguito i diritti passarono a Universal Pictures dopo l'acquisizione di DreamWorks da parte di Comcast/NBCUniversal nel 2016.

Il film fu il secondo, dopo Red Tails, a essere distribuito nel formato audio surround Auro 11.1 3D della Barco, ed è stato anche proiettato in Dolby Atmos, tecnologia introdotta proprio nel 2012.