Il film era stato originariamente concepito come una trama da inserire in Superman III per introdurre uno spin-off, ma il personaggio di Supergirl fu infine rimosso da quel film. I Salkind annunciarono il progetto Supergirl nell'aprile 1982, ancora prima che iniziassero le riprese di Superman III.

La trama originale prevedeva che Supergirl salvasse Superman, presentato come suo cugino e mentore, ma la sceneggiatura fu profondamente riscritta dopo che Christopher Reeve decise di non partecipare al progetto.

Christopher Reeve avrebbe dovuto avere un cameo come Superman, ma abbandonò il progetto presto; la sua assenza viene spiegata in un notiziario radiofonico secondo cui Superman sarebbe partito per una missione di pace in una galassia lontana, e una sua foto pubblicitaria compare come poster nella stanza del dormitorio di Lucy e Linda.

Centinaia di attrici furono provinate per il ruolo di Supergirl, tra cui Demi Moore e Brooke Shields, ma entrambe furono scartate perché i produttori volevano un'attrice sconosciuta: fu scelta Helen Slater, pagata 75.000 dollari per un contratto di tre film e sottoposta a quattro mesi di allenamento fisico per il ruolo.

Demi Moore aveva inizialmente ottenuto il ruolo di Lucy Lane dopo un provino, ma lo lasciò per girare il film Blame It on Rio.

Secondo quanto riportato, Dolly Parton rifiutò il ruolo di Selena prima che venisse offerto a Faye Dunaway.

Marc McClure, che riprende il ruolo di Jimmy Olsen, è l'unico attore ad apparire in tutti e quattro i film di Superman con Christopher Reeve oltre che in questo spin-off.

I produttori tentarono senza successo di ingaggiare Richard Lester, regista di Superman III, e anche Robert Wise rifiutò la regia; alla fine fu scelto il regista francese Jeannot Szwarc, noto per Jaws 2, dopo un incontro con Christopher Reeve che lo aveva elogiato. Szwarc chiese consigli tecnici al regista Richard Donner.

Le riprese principali iniziarono ai Pinewood Studios vicino Londra il 18 aprile 1983 e si conclusero l'11 agosto 1983.

La colonna sonora fu composta e diretta da Jerry Goldsmith, che era stato il primo interesse del regista Richard Donner per comporre la musica del primo film su Superman; Goldsmith utilizzò sintetizzatori per simulare i suoni del decollo nel tema principale.

Il film fu un flop commerciale, incassando solo 14 milioni di dollari a fronte di un budget di 35 milioni, portando i produttori Alexander e Ilya Salkind a vendere i diritti della saga di Superman alla Cannon Group nel 1986.

Faye Dunaway e Peter O'Toole ricevettero entrambi una nomination ai Razzie Award rispettivamente come peggior attrice e peggior attore, mentre Helen Slater fu candidata come miglior attrice al Saturn Award.

Per l'uscita americana il film fu tagliato da 135 a 105 minuti dopo che il pubblico dei test screening lo giudicò troppo lungo, mentre la versione europea manteneva 124 minuti; esiste anche un director's cut di 138 minuti ritrovato negli archivi di StudioCanal.