Na wczesnym etapie produkcji James Franco był obiektem zainteresowania Christophera Nolana do obsadzenia w jednej z ról. Z uwagi jednak na zaangażowanie do filmu "Your Highness" aktor nie był dostępny, a jego niedoszłą rolę przejął Joseph Gordon-Levitt.
Evan Rachel Wood była w pierwszej kolejności brana pod uwagę przez Christophera Nolana do roli Ariadne (ostatecznie rola przypadła Ellen Page), ale propozycję odrzuciła.
Zanim ujawniono oficjalne imiona głównych bohaterów filmu (Cobb i Ariadne), postacie te nazywały się odpowiednio Jacob Hastley i Isabella.
Po tym jak Evan Rachel Wood odrzuciła rolę Ariadne, Christopher Nolan rozważał obsadzenie w tej roli Emily Blunt, Keirę Knightley i Emmę Roberts, jednak ostatecznie wybrał Ellen Page.
Aishwarya Rai była brana pod uwagę do roli Mal, którą ostatecznie otrzymała Marion Cotillard.
Leonardo DiCaprio jako jedyny był brany pod uwagę do roli Cobba przez Emme Thomas i Christophera Nolana.
Film kręcono w Los Angeles, Pasadenie, Burbank, Malibu (Kalifornia, USA), Londynie, Bedford (Anglia, Wielka Brytania), Paryżu (Francja), Tokio (Japonia), Tangerze (Maroko) oraz Kanadzie.
Zdjęcia do filmu rozpoczęto 13 lipca 2009 roku.
Podczas produkcji szczegóły fabuły filmu były trzymane w sekrecie. Christopher Nolan, który napisał scenariusz, tajemniczo przedstawił film jako współczesny thriller sci-fi "umiejscowiony w architekturze umysłu".
"Labiryntowy" styl loga filmu przypomina logo firmy producenckiej Christophera Nolana - Syncopy.
