Tom Cruise débuta la pré-production d'Edge of Tomorrow le 20 juillet 2012, moins d'une semaine après avoir mis un point final à un autre film de science-fiction apocalyptique, Oblivion, dans lequel il tenait également le rôle principal.
Pour fêter la fin du tournage d'Edge of Tomorrow, Tom Cruise organisa une dispendieuse fête de $100 000 pour l'équipe du film, technique et artistique. Il n'y participa cependant pas, devant achever et retourner certaines de ses apparitions dans le film.
Edge of Tomorrow est le premier film de science-fiction que réalise Doug Liman, plus habitué au film d'espionnage comme le montre La Mémoire dans la peau et Mr & Mrs Smith. Il a cependant su s'entourer puisque le scénariste Christopher McQuarrie, s'il n'est pas spécialisé dans la SF, a déjà écrit deux scénarii dans lesquels a joué Tom Cruise, Walkyrie et le récent Jack Reacher. Linam a par ailleurs prévu de réaliser un autre long-métrage de SF, plus tourné vers le voyage temporel, Time and Again.
Emily Blunt et Tom Cruise n'en sont plus à leur première incursion dans le monde de la SF et du voyage temporel. La débutante du Diable s'habille en Prada a depuis joué dans l'intrigant Looper, alors que Tom Cruise, dont on ne présente plus la carrière SF, avait déjà touché au futur grâce aux personnages doués de prescience de Minority Report.
Edge of Tomorrow se base sur le roman d'Hiroshi Sakurazaka "All you need is kill", entre-temps adapté en manga par Ryousuke Takeuchi et dessiné par le célèbre créateur de "Death Note", Takeshi Obata. Une première version du scénario, écrite par Dante Harper et Joby Harold, "We Mortals are", fut achetée pour plus d'un million de dollars par la Warner après que ceux-ci aient acquis les droits du roman. Le duo que forme Rita et Bill mais aussi le design de leur exosquelette furent relativement respectés. Déjà, dans le roman original, c'est la mort du héros qui le ramenait chaque fois au même jour de sa vie.
Technologie du futur, l'exosquelette, qui sert aux soldats à renforcer leur corps pour la défense et l'attaque, est une arme très utilisée ces dernières années au cinéma. Outre dans le reboot de Robocop, cette armure intelligente intervient de façon plus ou moins importante dans les blockbusters de l'été 2013 Pacific Rim, The Wolverine, et Elysium ainsi que, bien évidemment, dans tous les Iron Man qui, semblerait-il, a lancé une véritable mode depuis sa première adaptation en 2008.
Brad Pitt fut un temps approché pour jouer le lieutenant-colonel Bill Cage, personnage principal d'Edge of Tomorrow, mais la Warner prévoyait déjà de l'embaucher pour d'autres projets, par ailleurs avortés, qui l'empêchait alors d'apparaître sur les deux plateaux. Bérénice Bejo fut quant à elle considérée pour jouer Rita, avant que la production ne choisisse Emily Blunt.
La majorité des scènes furent filmées sur les plateaux utilisés pour la série des Harry Potter, à Londres, aux studios de Leavesden de la Warner. Le tournage, pour lequel on ferma durant une journée entière Trafalgar Square, commença en septembre 2012
Edge of Tomorrow fut, selon les dires d'Emily Blunt, le tournage le plus éprouvant physiquement auquel elle dut faire face. Car si la comédienne courait sans cesse dans L'Agence et maniait le fusil dans Looper, elle incarne ici un soldat d'élite et dut pour cela s'entraîner plusieurs mois à différentes formes de close combat, de tirs et d'arts martiaux. Sa condition physique était d'autant plus importante que les exosquelettes portés par les acteurs étaient assez lourds (une quarantaine de kilos) : lors des essayages des costumes, l'actrice ne put s'empêcher de pleurer face au poids étonnant de son Exo-Suit, qu'elle devrait manier avec dextérité cinq mois plus tard.
Alors que dans le roman original, le héros est une nouvelle recrue de l'armée, qui revit encore et encore son premier jour sur le champ de bataille, Edge of Tomorrow en fait un lieutenant-colonel, un gradé donc et non un bleu. Pourtant, ce n'est pas un combattant et c'est ce qui a plu à Tom Cruise dans ce personnage : "Cage est un personnage vraiment amusant à jouer", dit-il. "Il est dans l'armée, mais ce n'est pas un soldat : il travaille dans la communication et son comportement n'a rien d'héroïque. En fait, c’est même un héros malgré lui. Il est lâche et il serait prêt à dire n'importe quoi pour ne plus avoir à se battre, et voilà qu'il doit revivre cette bataille sanglante encore et encore. Chaque fois qu'il se réveille, son pire cauchemar recommence".
La construction des Exo-Suits prit cinq mois, après seulement que leur design ait été approuvé et qu'ils furent testés sur les acteurs qui réalisaient eux-mêmes leurs cascades. En tout, 70 modèles furent façonnés, en plus d'une cinquantaine d'armures légères. Chaque armure est un ensemble de 200 pièces moulées à la main, produites par un atelier qui pouvait sortir jusqu'à 650 pièces par jour selon les besoins de la production.
Trois types de tenues différentes ont été retenues : celle du soldat, du conducteur de char d’assaut et du mercenaire et chacune possède ses propres armes et accessoires intégrés. Tom Cruise fut le premier à porter une des véritables armures fabriquées et ses déplacements demandaient déjà un jeu d'acteur pour la maîtrise qu'il devait avoir de l'Exo-Suit. Car si dans le film ce sont les exosquelettes qui permettent à l'homme de se mouvoir, c'est en réalité l'inverse qui se produit sur le plateau.
Dans le roman et le manga, Rita porte une armure rouge, très voyante et se bat à l'aide d'un labrys, double hache notamment utilisée dans la mythologie par les Amazones. Cette arme de 200kg lui permet de ne pas gâcher ses munitions et de pouvoir se battre au corps à corps avec les extraterrestres. Cependant, dans le film, seul son torse porte des traces rouges, plus proches du sang que de la peinture, et son arme de prédilection est devenue une pale d'hélicoptère. Les armes intégrées à l'armure sont égalemenent plus nombreuses et semi-automatique, là où Cage se bat à l'origine avec une mitraillette grand format.
Lorsque Hiroshi Sakurazaka, l'auteur du roman original, fut invité sur le plateau à assister au tournage, Tom Cruise lui proposa d'essayer l'un des Exo-Suits. "Je n’avais pas vraiment le physique ni l’endurance requis pour supporter le poids de l’armure", raconte Sakurazaka. "Je pouvais à peine me déplacer, et encore moins jouer ou faire quoi que ce soit d’autre. Doug Liman m’a utilisé comme figurant vêtu de l’ExoSuit dans une scène, et au bout de seulement dix prises au cours desquelles je ne faisais que me tenir immobile, j’étais déjà épuisé". Autant dire que l'écrivain ne prendra pas la voie des armes comme les personnages de son roman.
Pour les besoins du tournage, une plage de 200 mètres de long sur 150 de large fut aménagée dans les espaces extérieurs des studios Leavesden dans l'esprit de celles du débarquement en Normandie. Les quelques 1 300 tonnes de sable utilisées devaient être constamment brassées pour ne pas s'humidifier au contact de l'air anglais. Au bout de 35 jours de tournage sur la plage, l'équipe dut se débrouiller avec les rushes qu'elle avait déjà enregistrés car l'étendue sableuse était entièrement recouverte d'un lourd manteau de neige.
Une partie de l'aéroport Heathrow fut reconstituée en studio pour simuler le camp d'entraînement dans lequel Cage se prépare à l'assaut. L'espace étant immense, certaines scènes nécessitaient de courts déplacements en voiturettes de golfe. Le réalisateur Doug Liman raconte comment Tom Cruise motiva le reste de l'équipe : "Nous tournions une scène avec Tom, les acteurs de la J Squad et une quarantaine de figurants, dans laquelle on les voit à l’entraînement courir d’un bout à l’autre du tarmac. Quand ils sont arrivés à l’autre bout, nous avons coupé et ils ont dû revenir pour une nouvelle prise. C’était assez loin, mais Tom a simplement continué à courir. Et soudain, 60 personnes se sont mises à le suivre, revenant à leur point de départ, ce qui fait qu’au lieu de perdre 5 minutes pour se remettre en place pour une deuxième prise, ça a pris 30 secondes. Et Tom a même dépassé la voiture de golf équipée de la caméra".