Les tentatives d'adaptation du roman de Ludlum ont commencé en 1981, Warner Bros. envisageant finalement une version réalisée par Jack Clayton et avec Burt Reynolds, qui n'a jamais abouti car Reynolds n'était pas intéressé ; une adaptation télévisée a été diffusée sur ABC en 1988 à la place.
Le réalisateur Doug Liman, grand fan du roman, a décidé de développer le film vers la fin de la production de son film précédent Swingers en 1996, mais a dû attendre des années que les droits reviennent de Warner Bros.
Le scénariste Tony Gilroy n'aimait pas au départ les romans de Ludlum et a refusé le projet, qualifiant un brouillon antérieur de David Self de film du type « énorme quinze hommes au Métro », avant d'accepter de réécrire le script en ne conservant que la prémisse centrale d'un tueur amnésique.
Le personnage d'Alexander Conklin et la représentation du programme Treadstone ont été inspirés par les mémoires du père du réalisateur Doug Liman, Arthur L. Liman, sur son rôle de conseiller principal lors de l'enquête du Sénat sur l'Iran-Contra, Conklin étant en partie basé sur des souvenirs d'Oliver North.
Parce que Carlos le Chacal avait été capturé et emprisonné dans la réalité en 1994, il ne pouvait pas être utilisé comme méchant du film comme dans le roman, ce qui a poussé Gilroy à inventer Treadstone et Conklin comme antagonistes principaux à la place.
En raison de craintes concernant la réception du film après les attentats du 11 septembre, le producteur Frank Marshall a tourné une fin alternative où Ward Abbott propose de réintégrer Bourne à la CIA, mais elle a été supprimée de la sortie en salles pour être trop différente sur le plan tonal.
Avant que Matt Damon ne soit engagé, Doug Liman a approché Brad Pitt (qui a refusé pour jouer plutôt dans Spy Game), ainsi que Russell Crowe, Arnold Schwarzenegger, Tom Cruise et Sylvester Stallone pour le rôle de Jason Bourne.
Sarah Polley était initialement prévue pour le rôle de Marie, mais après qu'elle ait refusé et que Franka Potente ait été engagée à sa place, le personnage a été réécrit, passant d'une économiste canadienne à une vagabonde allemande.
Matt Damon a suivi trois mois de formation intensive au travail de cascade, au maniement des armes, à la boxe et à l'art martial philippin eskrima avec le coordinateur des cascades Nick Powell, et a réalisé bon nombre de ses propres cascades, notamment l'escalade des murs de la maison sûre près de la fin du film.
William Blake Herron a été engagé pour réécrire le script de Tony Gilroy avec plus d'action, mais la plupart de ses modifications ont été abandonnées après que Matt Damon ait menacé de quitter le rôle s'il elles étaient utilisées ; Herron a tout de même reçu un crédit d'écriture pour la scène d'ouverture qu'il a écrite.
Liman a insisté pour tourner à Paris plutôt que dans l'option moins coûteuse de Montréal, même si cela signifiait que l'équipe largement francophone ne pouvait pas comprendre l'équipe de réalisation et les acteurs anglophones.
Le producteur original Richard N. Gladstein a quitté la production au début en raison de la grossesse de sa femme, causant des retards jusqu'à ce que Frank Marshall le remplace.
Les reprises et réécritures extensives en fin de production ont repoussé la date de sortie de septembre 2001 à juin 2002 et ont dépassé le budget original de 60 millions de dollars de 8 millions de dollars, Gilroy envoyant des réécritures de script par fax tout au long du tournage.
Après des réactions négatives des groupes de test, le studio a poussé pour une finale parisienne plus riche en action impliquant une grande explosion, mais cette fin a finalement été supprimée car le studio a estimé qu'une explosion était inappropriée après le 11 septembre.
Liman a souvent opéré lui-même la caméra pendant le tournage pour créer une connexion plus intime avec les acteurs et le matériel, une habitude provenant de son passé de cinéaste indépendant.
La célèbre poursuite automobile à Paris a été tournée principalement par une unité secondaire dirigée par le réalisateur Alexander Witt utilisant diverses lieux déconnectés autour de la ville, montés ensemble pour créer l'illusion d'un voyage continu ; Liman a admis que « quiconque connaît vraiment Paris trouverait cela illogique ».
Les scènes tournées à la ambassade américaine ont utilisé de vrais Marines de la sécurité de l'ambassade américaine jouant les rôles de gardes de l'ambassade.
Le compositeur Carter Burwell a initialement enregistré une partition orchestrale traditionnelle pour le film, mais le réalisateur Doug Liman l'a rejetée ; John Powell a été engagé par la suite et, comme une grande partie du budget musical avait déjà été dépensée, a initialement conçu une partition largement non-orchestrale utilisant la percussion, les guitares et l'électronique, ajoutant par la suite des cordes pour une qualité cinématographique.
La sortie en DVD du film a surpassé Harry Potter à l'école des sorciers en termes de revenus locatifs de DVD, réalisant 22,7 millions de dollars, un record qu'il a conservé pendant sept mois jusqu'à ce que Le Seigneur des anneaux : le Retour du roi le dépasse en août 2003.
