Для съёмок впервые в плёночных кинокамерах IMAX была использована чёрно-белая плёнка.
По словам Кристофера Нолана, мысль снять в главной роли Киллиана Мерфи пришла ему в голову, когда он рассматривал фотографию Оппенгеймера на обложке книги Кая Бёрда и Мартина Шервина «Оппенгеймер: триумф и трагедия Американского Прометея» (2005). Стараясь добиться большего сходства с прототипом, Мерфи сбросил вес и во время съёмок придерживался строгой диеты.
Мэтт Дэймон сделал перерыв в актёрской карьере ради жены, правда с условием, что перерыв закончится, если вдруг с предложением у себя сняться ему позвонит Кристофер Нолан. Нолан позвонил и предложил актёру роль Лесли Гровса.
Продюсер Чарльз Ровен предложил Кристоферу Нолану и продюсеру Эмме Томас идею фильма, рассказав о книге Бёрда и Шервина «Оппенгеймер: триумф и трагедия Американского Прометея». Нолана это заинтересовало, и он попросил дать ему книгу почитать. Решиться же ему помог подарок актёра Роберта Паттинсона на вечеринке по случаю окончания работы над боевиком « Довод ». Тогда Паттинсон подарил ему сборник речей Оппенгеймера.
Мэтт Дэймон получил сценарий, который был напечатан на красной бумаге и был написан от первого лица.
В кадрах испытания ядерной бомбы использовано сочетание реальных взрывов и компьютерных технологий. В реальных взрывах применяли смесь бензина, пропана, алюминия и магния – и макеты. Снимали на большой скорости с разных ракурсов, а затем изображения накладывали друг на друга, чтобы получить гриб ядерного взрыва.