Фильм снят по мотивам романа «Из мира мертвых» (D'entre les morts, 1954), написанного совместно Пьером Буало и Томом Нарсежаком.

Права на фильм были выкуплены самим режиссёром и составили наследство его дочери, так что новые поколения зрителей увидели этот фильм только в 1985 году.

Съёмки фильма проходили в период с 30 сентября 1957 по 19 декабря 1957.

На роль Мэделин Хичкок планировал взять Веру Майлз, но та была вынуждена отказаться из-за беременности.

«Головокружение» — четвертый и последний совместный проект Альфреда Хичкока и Джеймса Стюарта.

Картину холодно восприняли как критики, так и зрители. Сокрушенный Хичкок обвинил в неудаче исполнителя главной роли Джеймса Стюарта, сказав, что он исчерпал себя, и его лучшие годы позади. Больше Хичкок никогда не снимал Стюарта в своих фильмах, хотя до этого он слыл его любимчиком.

Во время съемок у Хичкока и Ким Новак были очень натянутые отношения. Во-первых, идеальной исполнительницей Мэделин Хичкок считал Веру Майлз, а Новак ему навязали студийные боссы, во-вторых, Ким периодически давала Хичкоку советы, чего режиссер не любил.

Камео Хичкока — в начале фильма проходит по улице в сером костюме.

Написание сценария для фильма с рабочим названием Darkling I Listen было поручено известному драматургу Максвеллу Андерсону. Хичкок остался результатом недоволен и обратился за помощью к профессиональному сценаристу Алеку Коппелю. Предложенный им вариант сценария также отправился в мусорную корзину. Третий вариант сценария подготовил Сэмьюэл Тейлор, которого Хичкоку рекомендовали как знатока топографии Сан-Франциско. Несмотря на возражения Тейлора, Коппелю удалось доказать, что в окончательном сценарии сохранились его наработки. В титрах как сценаристы указаны оба.

Чтобы подчеркнуть приземлённую вульгарность Джуди, на время съёмок Ким Новак не надевала лифчик.

Башня миссии Сан-Хуан-Баутиста показалась Хичкоку недостаточно впечатляющей, поэтому в студии была выстроена копия нужной ему высоты. Сцены на лестнице также снимались в студийном павильоне.

Светло-серый костюм Мадлен был подобран из соображений психологического дискомфорта (блондинки почти никогда не носят этот цвет).

С точки зрения операторской техники сложнее всего было получить знаменитый кадр «головокружения» при взгляде Скотти вниз по лестнице. Вертикальная съёмка требовала использования подъёмника, что стоило немыслимых денег. «Почему бы не сделать макет лестницы, положить её на бок и снимать, отъезжая от неё? Можно обойтись без всякого подъемника», — рассуждал Хичкок. Впервые использованное в этой сцене сочетание оптического зума с откатом камеры получило в кинематографии название the Vertigo effect. Пространство при этом одновременно приближается и удаляется, как будто подчиняясь логике кошмара.

Это первый фильм Хичкока, включённый в Национальный реестр наиболее значимых фильмов (ещё в первый год его существования).

В 1983 году фильм после очистки и реставрации был впервые переиздан и повторно выпущен в прокат на 35-миллиметровой киноленте со стереозвуком. В 1996 году «Головокружение» было вновь выпущено в прокат после длительной реставрации, которая вызвала много споров. Под руководством Роберта Харриса и Джеймса Катца была скорректирована цветовая гамма и практически перезаписана вся звуковая дорожка в DTS. Ключевой для понимания фильма изумрудно-зелёный оттенок был воссоздан, исходя из образца эмали автомобиля Мадлен, полученного в архиве Ford Motor Company. Несмотря на скрупулёзность проведённой реставрации, у неё нашлись свои противники, обвинявшие Катца и Харриса в искажении режиссёрского замысла.

Было снято также послесловие фильма, запрещенное европейской цензурой, однако не вошедшее и в оригинальную американскую версию. В ней мы видим более-менее вылечившегося Джона, вместе с Мидж слушающего репортаж, посвященный поимке в Европе Гевина Элстера.

Долгие споры среди создателей фильма породила идея Хичкока раскрыть обстоятельства гибели Мадлен в неотправленном письме (практически в середине фильма). Это было существенным отступлением от книги и сценария. «Мастер саспенса» был убеждён, что подлинное напряжение возникает только тогда, когда зрителю известно о происходящем несколько больше, чем главному герою. По настоянию Хичкока на рассмотрение руководства студии были представлены обе версии фильма, причём версия с неотправленным письмом получила «зелёный свет» в самый последний момент.

В начале фильма, когда Скотти беседует с Гэвином Элстером (Том Хэлмор), при смене кадра исчезает лед в стаканах.

В одной из сцен книги на витрине книжной лавки лежат по-разному во время входа и выхода героев.

В гостиной Скотти было два стула со светлой обивкой. Когда Скотти второй раз заходит в спальню, где спала Мэделин (Ким Новак), одного стула нет, а второй почему-то стоит у столика.

Когда Скотти находится за спиной Мэделин, обстановка в музее меняется.

Остановившись у отеля, Скотти выходит из своего «ДеСото» (DeSoto Firedome Sportsman Hardtop Coupe), оставляя дверное стекло опущенным. В следующем кадре стекло уже поднято.