La serie è il secondo adattamento del romanzo di Giancarlo De Cataldo dopo il film diretto da Michele Placido, il quale ha collaborato alla serie come consulente artistico.

Tre persone hanno lavorato sia al film che alla serie: Michele Placido (regista e attore nel film, consulente artistico nella serie), Roberto Infascelli (Gigio nel film, il Sorcio nella serie) e Stefano Fresi (il Secco nel film, autore del tema dei titoli di testa nella serie).

Il cast è composto quasi interamente da attori emergenti alla prima esperienza di rilievo, con un cameo di Ninetto Davoli nel ruolo di Gerardo il Barbaro nell'episodio 6 della prima stagione.

La serie è stata girata in pellicola Super16mm con particolare attenzione alla ricostruzione storica degli scenari e alla post-produzione.

Molte scene sono state girate a Roma in luoghi diversi da quelli reali della storia: ad esempio le scene nel carcere di Regina Coeli sono state filmate nella Scuola Elementare Regina Elena, mentre il commissariato della seconda stagione è la Scuola dell'Arte della Medaglia dell'Istituto Poligrafico e Zecca dello Stato.

Per esigenze di ripresa, il ponte Garibaldi, dove realmente morì Giorgiana Masi, è stato sostituito nella scena con il ponte Mazzini, situato circa un chilometro più a monte.

Sono state segnalate diverse incongruenze storiche riguardo alle automobili usate nella serie, come la Porsche 911 Cabrio del 1983 e l'orologio Casio F-91W del commissario Scialoja, uscito 11 anni dopo l'omicidio di Aldo Moro citato nella trama.

Tutte le musiche originali sono state composte da Pasquale Catalano, eccetto il tema dei titoli di testa scritto da Stefano Fresi, che nel film aveva interpretato il personaggio del Secco.

In concomitanza con la messa in onda della seconda stagione è stato pubblicato il concept album 'Romanzo criminale - Il CD', con 12 tracce di cui 10 dedicate ciascuna a un diverso personaggio della serie, realizzato con artisti della scena indipendente italiana.

La serie ha ottenuto un successo di critica quasi unanime in Italia, con Andrea Scanzi che l'ha definita 'la migliore serie televisiva mai prodotta in Italia' e Aldo Grasso 'l'unica serie italiana di cui possiamo andare fieri'.

Trasmessa in Francia su Canal+, la serie ha ricevuto elogi dalla critica francese, con Le Figaro che l'ha definita 'la serie evento dell'estate' pur essendo italiana e non americana, francese o inglese.

Diversi personaggi della serie sono ispirati a figure reali della Banda della Magliana: ad esempio il Libanese corrisponde a Franco Giuseppucci, il Freddo a Maurizio Abbatino e il Dandi a Enrico De Pedis.

Nella serie le provenienze geografiche dei membri della banda sono state invertite rispetto alla realtà: Maurizio Abbatino era realmente della Magliana e Franco Giuseppucci di Testaccio/Trastevere, mentre nella fiction avviene il contrario.

Il successo della serie ha generato diverse parodie, tra cui lo spettacolo comico 'Comicità Criminale' del duo Marco & Mattia e la serie web 'Pupazzo Criminale' di Lillo e Greg con marionette ispirate ai personaggi.