Depuis sa création, en 1927, Metropolis fut l'objet de multiples transformations techniques. En 1984, le compositeur italien Giorgio Moroder a cherché à colorer le film et à y instaurer une nouvelle bande-son, à laquelle a notamment participé le groupe Queen. Moroder a entamé cette vaste entreprise à partir de seulement 1 heure et 20 minutes de film, alors que le long métrage original durait 3 heures et 30 minutes. Une dizaine d'années plus tard, suite à un grand travail de recherche, une version rénovée en noir et blanc de 153 minutes vit le jour. En 2001, le film bénéficia également d'une nouvelle restauration par la Fondation Friedrich Wilhelm Murnau, pour qu'ensuite, en 2008, soient rajoutées 25 minutes de scènes manquantes supplémentaires, donnant ainsi lieu à une version de Metropolis proche de celle de 1927.
Metropolis, au moment de son tournage, était un projet colossal. Les producteurs de la Ufa, à Berlin, investirent 30 millions d'euros dans ce film futuriste. Lors de sa première sortie, à Berlin, en janvier 1927, le long-métrage de Fritz Lang ne réunit que 15 000 spectateurs. Le film est alors rapidement retiré des écrans, puis est remonté, raccourci, mais ne trouve pas pour autant son public. Ce n'est que lors d'une ressortie internationale à la fin de la Seconde Guerre mondiale que Metropolis acquiert le statut qu'il a encore aujourd'hui, celui de film culte. Un quart du film a été perdu lors de ses premières coupes : ses multiples restaurations ont néanmoins permis de préserver la qualité de l'image.
Metropolis est inscrit au registre Mémoire du Monde de l'Unesco, il a été le premier film classé parmi les documentaires de patrimoine mondial.
Fritz Lang, le réalisateur des Nibelungen, du Tombeau hindou, résume ainsi Metropolis, pour lequel il imagina nombre d'effets spéciaux : "Un travail innovateur techniquement et artistiquement, et qui aurait été irréalisable sans ces inventions. Le fait que nous ayons pu surmonter ces difficultés montre bien les nombreuses possibilités et capacités d'évolution que possède ce film."
Pour obtenir une dimension visuelle à la hauteur de la dimension morale du film, l'équipe de Metropolis a dû inventer de nombreux effets spéciaux. Ainsi, la nouvelle "Tour de Babel", censée mesurer 500 mètres de hauteur, a été réalisée en miniature. C'est le chef opérateur Eugène Schüfftan qui mis au point un procédé jouant sur les miroirs : à partir de petites parties, une grande partie du décor était constituée. Les autoroutes, les voitures, ont été minutieusement ajoutées : six semaines ont été nécessaires pour finaliser ces plans, où la lumière et la disposition des caméras ont une place essentielle.
Une scène ne pouvait pourtant être réalisée en miniature, celle de l'inondation. Quatre bassins de 1600 mètres cubes ont donc été construits pour obtenir une pression suffisante. Lorsque la vague de 8 mètres se forma, la caméra ne tournait pas, alors que toute l'équipe pensait qu'elle était en marche !
Réaliser les costumes de Métropolis était un véritable pari pour Aenne Willkomm : "Il ne s'agissait pas de créer la mode de demain, qui sommeille déjà aujourd'hui en chacun de nous, ni celle d'après demain car elle prend certainement déjà forme dans l'esprit des grands couturiers, mais la mode de l'an 2000, une époque qui nous paraît si lointaine qu'elle ne peut exister que dans l'imaginaire. (...) Qui sait si les gens de l'an 2000 porteront ce genre de vêtements ? Peut-être un jour verront-ils Métropolis et seront-ils étonnés de constater à quel point l'imagination est proche de la réalité."
La difficulté principale pour Aenne Willkomm était de trouver deux costumes fondamentalement différents pour Brigitte Helm : "La tenue de la gentille Maria devait avoir des tons lumineux et reposants, afin de rappeler une ancienne icône de madone. Pour le rôle du robot au contraire, son costume devait avoir un aspect aussi criard et glaçant que possible. Au corps de femme nu et pâle on fixa de petites pierres brillantes, pour renforcer cette impression de froideur extrême de la machine."
La partition originale de Gottfried Huppertz, qui accompagna d'abord le film, a été oubliée dans les années 40, lors des remaniements du film. Dans les années 80, les notes de Gottfried Huppertz furent retrouvées - malheureusement incomplètes. En octobre 1988 eut lieu une nouvelle première de cette musique originale par le philharmonique de Munich.
Metropolis est adapté d'un roman de Thea von Harbou, l'épouse de Fritz Lang. Elle a également participé à l'écriture du scénario. Leur première collaboration remonte à 1920 et Das Wandernde Bild, dont elle avait signé le scénario.
Fritz Lang tenait à engager une non-professionnelle pour le double rôle de Maria / Le robot. Brigitte Helm n'avait aucune expérience, ni en théâtre, ni en cinéma : son seul rôle dans Metropolis a cependant fait d'elle une star. A l'époque de la sortie du film, encore incertaine quant à sa carrière d'actrice, elle disait d'ailleurs : "Encore aujourd'hui, je me sens tellement grandie par ce rôle de Maria, que je ne peux m'imaginer interpréter un autre rôle. D'un autre côté, je ne m'imagine pas ne plus jamais faire de films, et je suis d'ailleurs très curieuse de savoir ce qui m'attend."
Pour les décors d'Igor (2007), le réalisateur Anthony Leondis déclare avoir été influencé par l'expressionnisme allemand, notamment par les films Le Cabinet du docteur Caligari de Robert Wiene et Metropolis de Fritz Lang, ainsi que par l'univers du Frankenstein de James Whale.
Lors de sa sortie, Metropolis mesurait 4189 mètres de pellicules, soit 153 minutes. Pour sa sortie américaine, Channing Pollock, un auteur de théâtre, fut chargé de donner au film une longeur "normale" : de nombreuses coupes sont réalisées, notamment dans des scènes essentielles sur la création du robot ou la destruction de Metropolis. Le film mesure encore 3100 mètres et dure 130 minutes.
Rudolf Klein-Rogge, l'inventeur du robot, est un acteur fidèle de Fritz Lang : il était déjà le savant fou du Docteur Mabuse, 5 ans plus tôt. Ils tourneront neuf films ensemble, entre 1921 et 1933.
Si Metropolis est reconnu comme l'un des plus grands films de l'histoire du cinéma, il a néanmoins subi quelques détournements idéologiques, puisqu'il était notamment l'un des films préférés d'Adolf Hitler. En visionnant le film, Paul Joseph Goebbels eut l'idée de confier la direction du cinéma nazi à Fritz Lang : rappelons que celui-ci émigra aux Etats-Unis dès 1934, pour échapper au régime nazi.
Ce film nécessita neuf mois de tournage et 36 000 figurants, dont 750 enfants, 1000 noirs, 25 chinois et 1000 cranes rasés.