C'est en 2004 qu'est venue à Anthony McCarten l'idée d'un scénario portant sur la vie et les travaux du physicien Stephen Hawking. Il lui a ensuite fallu attendre une dizaine d'années avant de trouver un réalisateur et des producteurs intéressés par le projet. C'est James Marsh qui s'est porté volontaire pour assurer la direction du film, et le tournage a débuté en septembre de 2013, à Cambridge.
La vie de Stephen Hawking avait déjà été évoquée en 2004 dans Hawking, un téléfilm diffusé sur la chaîne BBC, avec Benedict Cumberbatch dans le rôle du scientifique. Eddie Redmayne, qui reprend ici le rôle et Cumberbatch sont de bons amis dans la vie courante.
En 2014, The Theory of Everything est diffusé au Festival international du film de Toronto, dans la section "Special Presentations".
Né en 1942 à Oxford, Sephen Hawking a fortement contribué à l'évolution de la science, de par ses travaux sur la cosmologie et ses essais sur la gravité quantique, qui ont permis, entre autres, d'élucider le mystère des trous noirs. Il est l'auteur d'un best-seller intitulé Une brève Histoire du temps, où il explique aux non avertis, des phénomènes comme Le Big Bang, dans un langage accessible. Il souffrait d'une "dystrophie musculaire", qui a évolué avec l'âge et qui a fini par le paralyser.
En plus de "prêter" sa voix au film, Stephen Hawking a également fourni à l'équipe technique sa Médaille d'Honneur ainsi que sa thèse signée comme accessoires.
Pour se préparer au rôle, Eddie Redmayne a perdu 6 kilos. Il s'est également entraîné avec un danseur pour maîtriser son corps et a rencontré des patients souffrant de la même maladie que Stephen Hawking. L'acteur s'est cependant mis en "danger". En effet, il a passé des heures à distordre son corps, à tel point qu'il a altéré l'alignement de sa colonne vertébrale.
Le scénariste Anthony McCarten a passé trois ans à tenter de convaincre Jane Hawking d'adapter son livre, Voyage Vers L’infini, Ma Vie Avec Stephen, au cinéma.
Une Merveilleuse histoire du temps tire son nom de l'ouvrage de Stephen Hawking, Une brève histoire du temps.
La vie de Stephen Hawking fait écho au film Le Funambule, de James Marsh, réalisateur d'Une Merveilleuse histoire du temps. Dans le film, tout comme le scientifique, Philippe Petit repousse les frontières du possible et les limites que le monde lui impose (il a notamment traversé sur une corde tendue entre les deux tours du World Trade Center).
Si Eddie Redmayne a énormément travaillé sa performance pour jouer Stephen Hawking, Felicity Jones n'est pas en reste. La jeune femme a en effet été épaulée par trois coachs, pour les inflexions de langage, la musicalité du ton de sa voix et sa façon de bouger.
Etant très connus, les producteurs du film se sont vus ouvrir les portes de la célèbre université de Cambridge, et plus précisément celles du St John's College, pour le tournage d'Une Merveilleuse histoire du temps. Trinity Hall, que Hawking a fréquenté, ne ressemblait plus assez à ce qu'il était 50 ans auparavant pour y tourner le film.
Si les scènes de l'université ont bel et bien été tournée à Cambridge, ce n'est pas le cas de tous les lieux présentés dans le film. Ainsi, les scènes qui ont lieu à Buckingham Palace ont été tournées à Lancaster House à Londres et au Hampton Court Palace de Richmond sur la Tamise. De même, l’opéra Royal de Covent Garden a servi à illustrer l’opéra de Bayreuth de Genève.
Afin de montrer de manière aussi réelle que possible l'évolution de la maladie, le maquilleur Jan Sewel a créé des prothèses pour les parties cagneuses du corps de Stephen, comme ses genoux, ses épaules et ses coudes.
Aussi surprenant que cela puisse paraître, Frank Leboeuf, ancien footballer reconverti en acteur, participe au film Une merveilleuse histoire du temps, nommé aux Oscars. Il y incarne un médecin suisse.
"Bien joué, je suis fier de toi !" Stephen Hawking a félicité Eddie Redmayne, sur les réseaux sociaux, pour son Oscar du meilleur acteur pour La merveilleuse histoire du temps. "Félicitations à Eddie Redmayne d'avoir remporté un Oscar pour m'interpréter moi dans le film Une merveilleuse histoire du temps. Bien joué Eddie, je suis très fier de toi. -SH", dit le message, en intégralité, posté le 23 février 2015, par l'astrophysicien paralysé sur sa page Facebook.