Elysium marque la seconde collaboration du réalisateur Neill Blomkamp et de l'acteur Sharlto Copley. Les deux hommes ont travaillé ensemble sur District 9, première réalisation de Neill Blomkamp et premier rôle dans un long métrage pour Sharlto Copley. Elysium signe également les retrouvailles entre Jodie Foster et William Fichtner, qui s'étaient croisés sur les plateaux de Contact en 1997.
Pour Jodie Foster, les thèmes abordés dans Elysium font écho au monde actuel. Le film de Neill Blomkamp a un sous-texte politique, puisqu'il traite des disparités qui existent entre ceux qui ont tout et ceux qui n'ont rien (comme il le faisait avec District 9). La comédienne précise que "ce fossé se creuse de plus en plus chaque année et s'est plus creusé en 20 ans qu'en 500 ans", avant d'ajouter qu'Elysium est également "un film sur l'environnement et la façon dont nous traitons notre planète."
D'un budget de 30 millions de dollars, District 9 a totalisé 210,8 millions de dollars de bénéfices au box-office international. C'est donc tout naturellement que les producteurs ont accordé au réalisateur Neill Blomkamp un budget de 100 millions de dollars pour sa seconde réalisation, soit plus de trois fois le budget de District 9.
Dès la fin du tournage de District 9 en 2009, Neill Blomkamp s'est mis à réfléchir à son deuxième film. Il pensait alors déjà évoquer une lutte des classes par le biais de la science-fiction. Mais c'est seulement quelques mois plus tard, en regardant un dessin de Syd Mead (designer américain qui a collaboré pour Aliens, Tron et Blade Runner) représentant une station spatiale (un Tore de Stanford) qu’il a eu une illumination et qu’il a commencé à écrire le scénario d’Elysium.
Matt Damon est habitué aux rôles physiques pour avoir joué dans la saga Jason Bourne. Mais il reconnaît qu’Elysium a été pour lui le tournage le plus difficile de sa carrière, et en particulier les deux semaines passées dans une décharge publique au Mexique. La poussière qui s’en dégageait était en partie composée de matières fécales. Les assurances et les syndicats ont d'ailleurs réclamé un rapport toxicologique, se demandant si de telles conditions de travail ne mettaient pas en danger l'équipe du film. Elles n'ont en tout cas pas empêché Neill Blomkamp de tourner ses scènes, qui ne cesse aujourd'hui de remercier Matt Damon pour son implication.
Dans le nouveau film de Neill Blomkamp, la population est divisée entre une Terre dévastée et la station spatiale high-tech Elysium. Afin de recréer la rupture entre ces deux univers, le réalisateur a choisi de tourner dans deux lieux radicalement différents. Les scènes se déroulant sur Terre ont ainsi été filmées à Mexico, en grande partie dans les bidonvilles, tandis que celles d’Elysium à Vancouver (où a étudié Neill Blomkamp). La station spatiale a néanmoins été entièrement construite, ce qui a nécessité un an de travail et cent-cinquante personnes.
Neill Blomkamp ne voit pas Elysium comme un film d’anticipation mais comme une métaphore du monde actuel. Si le réalisateur a choisi l'année 2154, c'est uniquement parce qu'elle est suffisamment éloignée dans le futur. Les spectateurs n'auront ainsi aucun mal à croire qu'une partie de la population vive à bord d'une station spatiale. Neill Blomkamp avoue que cette date lui paraissait simplement "naturelle".
Neill Blomkamp s’est toujours intéressé à l’animation et au design. Lorsqu’il a rencontré Sharlto Copley à l'âge de seize ans, ce dernier lui a proposé d’utiliser les ordinateurs performants de sa société de production, en échange de son aide pour des présentations en 3D. Le réalisateur a ensuite travaillé comme spécialiste des effets visuels à la télévision et au cinéma. Selon lui, sa connaissance de l'informatique et du graphisme influence considérablement son écriture et sa réalisation. Pour Elysium, il a cherché à éviter au maximum les images de synthèse afin de rendre son film le plus réaliste possible.
Comme dans District 9, Neill Blomkamp observe cette fois encore notre monde à travers le prisme de la SF. Mais ce n’est pas le seul point commun entre les deux films du réalisateur sud-africain. L’hybridation et la perte de contrôle du corps sont des thèmes qui semblent l’intéresser particulièrement. Dans son premier film, l’agent Wikus contracte un virus modifiant son ADN et le transformant peu à peu en extraterrestre. Dans Elysium, Max (interprété par Matt Damon), qui est atteint d'une maladie incurable, subit une opération pour décupler ses capacités physiques. On lui greffe une sorte de squelette métallique, le rendant mi-homme mi-machine.
Lors de sa sortie en 2013, Elysium a connu un succès plutôt correct, avec environ 286 de recettes mondiales pour un budget de 120 millions. Les bénéfices réalisés par le film sont toutefois bien en-dessous de ceux de District 9, qui avait rapporté 211 millions, mais pour un coût de production estimé à 30. Chappie, que Neill Blomkamp mettra en scène en 2014, connaîtra un échec commercial malgré la présence de Hugh Jackman et la thématique de la robotique. En 2015, le réalisateur avait expliqué qu'il voyait Elysium, au-delà de son tournage difficile, comme une expérience ratée :
"Au final, j'ai l'impression que l'histoire n'était pas la bonne. La dimension satirique de cet anneau dans le ciel, peuplé de riches, planant au-dessus d'une terre appauvrie, est géniale. Je l'aime vraiment, tellement que j'ai presque envie d'y retourner pour le refaire correctement. Mais le scénario n'était simplement pas... Je n'ai tout bonnement pas fait un film assez bon. J'ai réalisé tout ce que j'avais à réaliser, les costumes, les décors et les effets spéciaux étaient bons. Mais en fin de compte, tout reposait sur des fondations incomplètes, parce que le script n'était pas à la hauteur, l'histoire était inachevée."