Tourné en pleine période de libération sexuelle et des moeurs, Le Dernier tango à Paris a pourtant fait l'objet d'attaques très vives à sa sortie en 1972. De nombreuses critiques et associations s'élevant alors contre ce qu'elles qualifiaient de débauches de pornographie. Alors que certains pays de l'Union Européenne ont classé X le film; en France, le film a été interdit au moins de 18 ans. Quant à Italie, patrie de Bernardo Bertolucci, elle a purement et simplement interdit le film de salle. Le cinéaste s'est même vu un temps déchu de ses droits civiques.
On retrouve dans le rôle du petit ami de Maria Schneider Jean-Pierre Léaud, acteur fétiche de François Truffaut, chez qui il a incarné à plusieurs reprises le personnage d'Antoine Doinel.
Marlon Brando a improvisé de nombreux dialogues tout au long du film, estimant les textes de départ peu à son goût.
La célèbre scène de "sodomie au beurre" fut totalement improvisée entre Bernardo Bertolucci et Marlon Brando, sans en avoir informé à l'avance Maria Schneider. Bien que cette scène soit simulée, les larmes de l'actrice, en état de choc, sont réelles. De nombreuses années plus tard, l'actrice a déclaré s'être sentie totalement humiliée par cette scène, et ne l'a jamais pardonné au réalisateur.
Bernardo Bertolucci a déclaré que l'idée de son film était née d'un fantasme qu'il avait eu, dans lequel il rêvait d'une jeune femme qu'il rencontrait dans la rue et avec qui il aurait eu des rapports sexuels, sans même connaître son nom.
Le Dernier Tango à Paris marque les premiers pas devant la caméra de...Catherine Breillat dans le rôle de Mouchette, qui joue aux côtés de sa soeur Marie-Helene Breillat. La future réalistrice des sulfureux Romance et d'Anatomie de l'enfer réalisera son premier film en 1976 avec Une Vraie jeune fille.
Devant les polémiques soulevées par le film à sa sortie, Marlon Brando n'a par la suite plus jamais voulu revoir le film, par crainte que son image ne soit sévèrement dégradée auprès de la critique et du public.
Le film a été tourné en douze semaines, à raison d'un rythme exténuant de 14h par jour.
Bernardo Bertolucci avait proposé le rôle principal du Dernier tango à Paris à Jean-Louis Trintignant, le héros d'un de ses précédents films, le Conformiste. Mais l'acteur refuse, par pudeur, de jouer ce personnage. Le réalisateur se tourne alors successivement vers Jean-Paul Belmondo puis Alain Delon, sans succès. On lui suggère alors le nom de Marlon Brando, qui venait d'essuyer de nombreux échecs en salle, avant de revenir sur le devant de la scène avec le triomphe du Parrain.