Al Pacino fu inizialmente scelto per doppiare El Macho e registrò tutte le sue battute, ma abbandonò il progetto nel maggio 2013 per divergenze creative sul modo in cui il personaggio doveva essere reso.

Benjamin Bratt, già considerato prima di Pacino, subentrò per doppiare Eduardo/El Macho e dovette far corrispondere esattamente il proprio timing ai movimenti labiali già animati sul personaggio.

Durante le cinque giornate di registrazione, Bratt provò inizialmente a imitare la voce di Pacino, ma trovandolo impossibile decise di usarlo solo come fonte d'inspirazione, sviluppando una propria interpretazione del personaggio.

Prima di Al Pacino, Javier Bardem era in trattative per doppiare El Macho, ma le negoziazioni fallirono e l'attore scelse invece di interpretare il villain in Skyfall.

In fase di sviluppo era stata pensata un'idea che dotava i Minions di superpoteri, poi scartata a favore delle versioni malvagie dei Minions; il concetto dei superpoteri sarebbe stato in seguito ripreso in Despicable Me 4 (2024).

L'animazione fu realizzata da Illumination Mac Guff a Parigi con oltre 400 artisti, contro i circa 100 impiegati per il primo film; una delle maggiori difficoltà fu la creazione di effetti visivi come acqua e marmellata, che causò il crash e la sostituzione di alcuni hard disk dello studio.

La canzone "Happy" di Pharrell Williams fu accompagnata da un video musicale di 24 ore, una prima assoluta per un film, che generò una risposta virale e contribuì al successo globale del brano.

Per promuovere il film fu creato un dirigibile a forma di Minion chiamato "Despicablimp", lungo 50 metri e alto 17 metri, che percorse un tour di circa 32.000 km negli Stati Uniti.

In Cina la distribuzione del film fu inizialmente negata, e alcuni analisti attribuirono la censura a voci secondo cui i Minions ricordassero troppo l'ex presidente cinese Jiang Zemin; in realtà si trattò di un conflitto commerciale tra Universal e il distributore locale Edko Films.

Pierre Coffin, oltre a co-dirigere il film, ha prestato la voce a 899 dei Minions presenti nella pellicola.