Le général Eisenhower, commandant en chef des forces alliées au moment du débarquement, a été conseiller technique sur ce film.
Les comédiennes françaises Brigitte Bardot et Marina Vlady déclinent successivement le rôle de Jeanine Boitard, jeune résistante, qu'elles jugent trop court. C'est la maîtresse de Darryl F. Zanuck, Irina Demick qui finit par le jouer.
Le tournage du Jour le plus long, dont le budget est évalué entre 8 et 10 millions de dollars, a duré 10 mois, sur 31 lieux différents avec l'aide de 23 000 soldats des armées américaines et françaises et s'est terminé le 16 juin 1962.
Andrew Marton se charge des séquences américaines, Ken Annakin réalise la partie britannique, Bernhard Wicki s'occupe des séquences allemandes et Elmo Williams coordonne les batailles. C'est avec Ken Annakin que Darryl F. Zanuck s'entend le mieux. Mais il n'hésite pas à le remplacer pour tourner lui-même des scènes du film.
La sortie en France de ce film en septembre 1962 est fêtée en grande pompe à Paris, au Palais de Chaillot, sous le haut patronage du gouvernement français, le Général de Gaulle en tête, et avec la participation d'Edith Piaf chantant la chanson du film et l'hymne national au pied de la tour Eiffel. Le long métrage cumule 11 906 000 entrées dans l'hexagone.
Ce film reçoit un Oscar pour de la Meilleure photographie et un autre pour les effets spéciaux en 1963.
Si l'ensemble de la musique est composée par Maurice Jarre, la seule chanson du film est signée Paul Anka qui apparaît également en soldat dans le film.
Le film retrace avec détails les opérations qui eurent lieu à Sainte-Mère Eglise. Premier village de France à être libéré, ce chef-lieu de canton de la Manche fut le théâtre d'une double attaque des alliés: un parachutage et un débarquement maritime. Un soldat, John Steele, atterit au-dessus de place principale occupée par les Nazis et son parachute s'accrocha au clocher de l'Eglise. Il sauva sa vie en faisant le mort pendant plusieurs heures. Cette anecdote représentée dans le film a rendu célèbre Sainte-Mère Eglise qui garde encore aujourd'hui un parachute suspendu à son clocher.
C'est le producteur français Raoul Levy qui est à l'origine du projet et tente en vain, de monter le film. Il avait les droits du livre Cornelius Ryan et les a revendu à Darryl F. Zanuck.
Contrairement à la volonté de Darryl F. Zanuck qui tenait au noir et blanc, ce film a été colorisé à l'occasion du 50e anniversaire du débarquement.
Ce film dispose de l'une des distributions les plus grandioses de l'histoire du cinéma. Stars américaines et vedettes françaises ont accepté d'apparaître dans de tous petits rôles, payés au salaire le plus bas. Seul John Wayne a arraché une somme plus élevée à Darryl F. Zanuck qui a lui-même négocié l'engagement des acteurs.
Pendant la réalisation du Jour le plus long Darryl F. Zanuck doit quitter la France pour négocier le sauvetage de Cléopâtre dont le tournage s'enlise et qui provoque la fureur des dirigeants de la Fox dont il a quitté la tête en 1956. Il reprendra d'ailleurs les reines du studio en grande difficulté financière après avoir achevé Le Jour le plus long.
Le film est tourné en grande partie sur l'île de Ré et à Caen. La séquence de débarquement à Omaha Beach est réalisée sur une plage de Corse. Les scènes de studios ont lieu à Boulogne Billancourt.
La comédienne française Francoise Rosay tourne dans des scènes qui seront finalement coupées au montage.
Ce film est tiré du best-seller du même titre de Cornelius Ryan qui a participé au débarquement en tant qu'aviateur.
Le comédien français Guy Marchand fait de la figuration dans Le Jour le plus long. Il y joue un parachutiste participant au débarquement.