La raison première ayant poussé Steven Soderbergh à réaliser un thriller d'espionnage fut son envie de revisiter la saga James Bond, dont il est fan depuis de longues années (Bons baisers de Russie est d'ailleurs son favori). Plus que de rendre hommage à ce genre de films, il voulait rééquilibrer le récit habituel pour offrir une plus grande place aux nombreux personnages secondaires, qui sont d'habitude simplement esquissés.
En comptant Piégée, c'est la troisième fois que Steven Soderbergh fait appel au scénariste Lem Dobbs, déjà auteur des scripts de Kafka (1991) et de L'Anglais (1999). Spécialiste du thriller survolté, il a également écrit le scénario du remarqué Dark City d'Alex Proyas (1998).
Bien que tourné en partie à Dublin, Piégée a énormément voyagé pendant sa fabrication, offrant au spectateur une grande variété d'environnements. L'équipe a ainsi posé ses valises à Washington, Barcelone, New-York, et même au Nouveau-Mexique ! Steven Soderbergh privilégiant le naturel, il n'y eut au final que trois décors construits en studio.
Alors qu'il préparait Piégée, et qu'il était à la recherche d'une actrice capable de porter le film sur ses épaules, le réalisateur Steven Soderbergh a découvert Gina Carano en voyant quelques-uns de ses combats d'arts martiaux mixtes, dont elle est une spécialiste. Les styles de combat qu'elle pratique sont multiples, et vont du karaté au kung-fu, en passant par le judo, la lutte, le muay thaï ou le kickboxing. Le cinéaste tenait absolument à avoir une actrice capable de faire ses cascades elle-même, et c'est dans cette optique qu'elle fut engagée.
Pour entourer l'actrice débutante Gina Carano, Steven Soderbergh a fait appel à une brochette de grands acteurs, tels que Michael Douglas, Antonio Banderas, Ewan McGregor ou Michael Fassbender. Ce dernier a d'ailleurs eu l'honneur de débuter le tournage, et donc de mettre l'actrice principale en confiance pour ses premiers jours. Il l'a prise sous son aile, lui faisant répéter son texte, lui apprenant quelques rudiments du tournage d'un film, et répondant à ses questions. Par contre, lors des scènes de combats, il s'est laissé guider par la professionnelle des arts martiaux qu'est Gina Carano. Un échange de bons procédés en quelque sorte !
Dès les premières lectures du scénario, le film fut supervisé par l'expert en sécurité internationale Aaron Cohen, ancien membre des forces spéciales de l'armée israélienne. En plus d'apporter son expertise sur le déroulement des opérations de Piégée, et d'informer le réalisateur sur ce qui était possible ou non, le spécialiste passa beaucoup de temps avec Gina Carano, la formant aux techniques des forces spéciales contemporaines plus de 30 heures par semaine, et pendant deux longs mois. Un immense entrepôt de 500 m² fut même aménagé pour entrainer l'actrice aux cascades (escalade, sortie/entrée dans des bâtiments, sauts, etc.). L'influence d'Aaron Cohen sur le film a été primordiale, à tous les niveaux, du scénario aux costumes, en passant par le jeu d'acteur. Arrivé fraîchement dans le monde du cinéma (Piégée est son premier film), il a également participé, en tant que cascadeur et acteur, aux prochains End of Watch, avec Jake Gyllenhall, et Get the Gringo, aux côtés de Mel Gibson.
Gina Carano a beau savoir se défendre au corps à corps, quand il a fallu utiliser toutes les armes à feu dont elle a besoin dans le film, elle dut à nouveau se tourner vers le spécialiste Aaron Cohen. Dans Piégée, l'actrice manie une quantité importante d'armes, de l'arme de poing (Sig Sauer, Glock 17, Uzi) au fusil d'assaut commando.
Haywire a été tourné en Irlande, du 2 février au 25 mars 2010. Pour les besoins du film, la production n'a pas hésité à lancer une campagne locale de recrutement pour pas moins d'une centaine de postes techniques.
L'acteur Dennis Quaid devait initialement faire partie du casting de Piégée mais il fut remplacé quelques semaines avant le tournage par Bill Paxton, la faute à un emploi du temps trop chargé. Le comédien s'était en effet déjà engagé pour jouer dans Soul Surfer aux côtés d'Helen Hunt.
Malgré son casting bien fourni - près de 8 rôles tenus par de grands acteurs -, seul Michael Douglas a déjà tourné avec Steven Soderbergh. C'était pour le film Traffic en 2000, qui avait d'ailleurs valu son seul Oscar à ce réalisateur atypique.
A l'origine, le long métrage ne devait pas s'intituler Haywire mais "Knockout". Cette modification eut lieu au début du tournage du film.
Initialement, Piégée devait être le premier des trois derniers films du réalisateur Steven Soderbergh. Comme il l’annonça lors d'une interview, il voulait réaliser trois longs métrages en l'espace de deux ans, puis se mettre à la peinture où à la photographie. Une retraite annoncée déjà plusieurs fois, mais qui semble (encore !) n'être qu'une envie passagère, le cinéaste ayant depuis mis en boite Magic Mike, où il retrouve Channing Tatum, commencé le tournage de The Bitter Pill (toujours avec Tatum), et amorcé la pré-production de Behind the candelabra, son biopic sur le pianiste Liberace avec Michael Douglas...