Замысел фильма возник в 2015 году, когда продюсер Александр Роднянский и режиссер Андрей Звягинцев обсуждали идеи для следующего фильма. Роднянский вспомнил «Сцены из супружеской жизни» Ингмара Бергмана и обратил внимание Звягинцева на это – и так эта картина стала одним из источников вдохновения.

К ноябрю 2015 года Олег Негин закончил сценарий. К этому времени часть объектов для съёмок уже была найдена. В частности, прогулка Алеши в овраге (Сходненский ковш) появилась в режиссерском сценарии именно благодаря тому, что уже осенью 2015-го был утвержден главный натурный объект: место проживания семьи Слепцовых. К этому времени были уже готовы первые эскизы главных интерьеров фильма: квартира Слепцовых, квартира Маши и апартаменты Антона.

Поиск, репетиции и утверждение актёров проходили с февраля по август 2016 года и заняли в общей сложности 7 месяцев.

В поисках мальчика на роль Алёши было отсмотрено более 250 детей из Москвы и Санкт-Петербурга. В итоге было отобрано семеро, которым предстояло пройти пробы с режиссёром. В их числе оказались Матвей Новиков, в результате и сыгравший Алёшу, и Артём Жигулин, исполнивший роль друга и одноклассника Алёши.

Алексей Фатеев пробовался на роль Бориса, но после первой репетиции режиссер предложил ему подумать о другой роли.

Сергей Борисов, исполнивший роль оперуполномоченного, в действительности работал инспектором ГИБДД в течение 17 лет.

Во время съемок Варвара Шмыкова, исполнившая роль поисковика Лены, находилась на 7-м месяце беременности. Внушительных размеров живот приходилось скрывать под костюмом. Несмотря на свое положение Варвара стоически справлялась со сложными ночными съемками при минусовой температуре и работала наравне со всеми остальными участниками съемочного процесса.

Марина Васильева, исполнившая роль беременной возлюбленной Бориса, была вынуждена носить силиконовые накладки весом 4,5 кг.

Прообразом поисково-спасательного отряда «Вера», задействованного в поисках пропавшего Алёши, стал реальный ПСО «Лиза Алерт». Авторы решили не использовать название и логотип организации в картине.

Сотрудники ПСО «Лиза Алерт» выступили консультантами проекта в области организации и проведения поисковых мероприятий, присутствовали на съемочной площадке, а также предоставили для съемок часть оборудования – средства навигации и мобильный штаб ПСО. В обмен на эту помощь после окончания съёмок съёмочная группа передала организации обмундирование поисковиков: теплую одежду, специальную обувь, оранжевые жилеты и куртки.

Режиссёр хотел, чтобы роли поисковиков исполняли профессиональные актёры. Для этого был организован отдельный кастинг, в котором приняли участие более 200 актёров, из которых отобраны были 30 человек.

Все актёры, исполнившие роли сотрудников ПСО, в том числе Алексей Фатеев (координатор) и Варвара Шмыкова (Лена), за несколько недель до начала съёмок инкогнито принимали участие в реальных поисково-спасательных операциях ПСО «Лиза Алерт».

Съёмки начались 5 сентября 2016 года и проходили с Южном Тушино на северо-западе Москвы.

Декорацией является и лифт, в котором Борис вместе с другими офисными сотрудниками поднимается с подземной парковки. Закрытие дверей в лифте имитировалось специальными флагами из черной ткани, перекрывающими свет от осветительных приборов. Эффект движения создавался с помощью вращения осветительных приборов за стенами лифта.

За несколько недель до начала съемок Марьяна Спивак зарегистрировала в Instagram специальный профиль от имени своей героини Жени Слепцовой и методично наполняла его фотографиями, которые можно увидеть на экране мобильного телефона в сцене первого ночного разговора между Женей и Борисом.

Женя Слепцова использует iPhone 4, что соответствует октябрю 2012 года, в течение которого разворачивается основной сюжет фильма. Также специально для съемок от Instagram и ВКонтакте были получены версии приложений 2012 года.

Марьяна Спивак – внучка знаменитой актрисы Жанны Прохоренко. Ее портреты можно разглядеть в интерьере гостиной Слепцовых в сцене, когда Женя направляется в спальню после ночной ссоры с Борисом.

В отделе продаж, где работает Борис, стены украшены репродукциями фресок Дионисия из Ферапонтова монастыря (XV век). Всем актерам массовых сцен, изображавшим сотрудников офиса, были розданы обручальные кольца. Все это связано с корпоративной политикой увлеченного православием руководителя Бориса по прозвищу Борода, которого не раз упоминают герои фильма.

В эпизоде стрижки Жени камера имитирует съемку через зеркало. В реальности же камера располагалась напротив актрис и снимала через полупрозрачное стекло. Были изготовлены фартуки, на которых название салона красоты KALI YOGA напечатано зеркально. Также актёры переодели часы и кольца на другие руки.

Автомобилем Бориса является KIA Сeed, однако для съемок внутри салона был использован Ford Mondeo, так как для размещения камеры и членов операторской группы требовалось дополнительное пространство.

В сцене ночного разговора Жени с матерью на руках у Жени мирно спит рыжий кот, который появился в сцене случайно – он забрался на руки к Марьяне Спивак и, мурлыча, пролежал в течение всех 18-ти дублей.

Для съемок сцены, в которой поисковики проходят вдоль забора около вращающейся гигантской тарелки радиотелескопа, у съемочной группы было только три попытки. По команде локейшн-менеджера Александра Воронова, сотрудники радиотелескопа запускали его в движение, которое длилось всего несколько минут. За это время группа успевала снять только три дубля, после чего двигателю телескопа требовался 20-минутный технический перерыв.

Эпизод с классным руководителем, вытирающим доску, был снят 6 ноября 2016 года специально для того, чтобы ввести в сюжет снег. При этом сам снег, идущий за окнами школы, искусственно распылялся сотрудниками SFX. Впоследствии ввиду того, что контролировать природный снег не представляется возможным, в ряде эпизодов (в особенности снимавшихся весной) идущий в кадре снег приходилось создавать с помощью компьютерной графики.

В конце ноября 2016 года было принято решение о приостановке съемочного процесса. Досъемки были осуществлены весной, в период с 25 марта по 9 апреля 2017 года.

Открывающая картину сцена с выбегающими из школы учениками снималась 5 ноября 2016 года. По сюжету в кадре осенний день – 9 октября 2012 года, но из-за выпавшего снега школьный двор выглядел по-настоящему зимним. В течение трех часов сотрудники вычищали снег с асфальта, газона, ветвей деревьев и козырька школы. К моменту начала съемок световой день стремительно стал подходить к концу, из-за чего удалось снять только 4 дубля. Эпизод был переснят 9 апреля 2017 года. Именно он и вошел в окончательную версию, но в версии фильма, представленную отборочной комиссии Каннского кинофестиваля, был дубль, снятый еще осенью.

Эпизод, в котором Маша (Марина Васильева) укладывается на постель рядом со спящим Борисом, вернувшимся после ночных поисков Алеши, снимался в павильоне поздней ночью. Алексей Розин действительно уснул во время одного из первых дублей и проспал несколько часов до окончания съемки эпизода.

Среди DVD, лежащих на полке возле телевизора в квартире Антона, можно заметить диск с фильмом «Елена» Андрея Звягинцева.

Фильм был снят за 58 съемочных дней. Всего было снято 275 съемочных планов.

Это первая картина, которую Андрей Звягинцев и монтажер Анна Масс были вынуждены начать монтировать еще до окончания съемочного периода.

Андрей Звягинцев видел Бориса гладко выбритым. Бородой же персонаж обзаводился только в эпилоге, то есть, спустя два года после основных событий. На пробы грима Алексей Розин пришел со своей бородой, чем убедил режиссёра пересмотреть взгляд на персонажа. В эпилоге гримерам оставалось только немного добавить растительности на лицо Алексея Розина.

Во время съёмок сцены в морге никто из членов съёмочной группы не смог сдержать слез.

В роли 2-летнего сына Бориса (Алексей Розин) снялся сын Марьяны Спивак Гриша Кузнецов.

Во время пути Бориса и Жени к маме Жени звучит песня группы Bring Me The Horizon «Sleepwalking». Действие фильма происходит в 2012 году, в то время как песня вышла 2013-м.

Во время сцен, снятых в офисе, на мониторе можно заметить новый логотип компании Google, который был внедрён в 2015 году, а также Windows 10, вышедшая в том же 2015, в то время как действие фильма происходит в 2012 году.