Lorsque le projet venait d'être annoncé en 2013, il était question que Darren Aronofsky (compagnon actuel de Jennifer Lawrence, laquelle était l'héroïne de son thriller Mother !) soit en charge de Red Sparrow. Il se retira pour faire Noé en 2014, année où David Fincher reprit le bébé en mains, avec Rooney Mara dans le rôle principal. Mais les choses ne se sont finalement pas concrétisées et c'est Francis Lawrence qui a finalement été choisi pour être aux commandes du film avec Jennifer Lawrence dans la peau de la jeune espionne.
Red Sparrow est une adaptation du roman du même nom écrit par Jason Matthews, qui est un ancien agent de la CIA. Ce dernier a vendu les droits du livre avant même de l'avoir fini, pour une somme à sept chiffres. Le roman est d'ailleurs le premier volet d'une trilogie composée aussi de "Palace of Treason" et "The Kremlin's Candidate". Lorsque Matthews a quitté la CIA après 33 ans de bons et loyaux services, il a réalisé qu’il ne pouvait pas se contenter de rester oisif et a décidé d’entamer une seconde carrière, celle d’écrivain. Il explique : "Ma vie active avait été tellement riche qu’une fois à la retraite, le vide à combler était immense. J’aurais pu me consacrer au day trading, à la pêche ou à la randonnée, mais j’ai choisi l’écriture, et ça a été pour moi une véritable thérapie."
Francis Lawrence a fait appel au célèbre chorégraphe Justin Peck ainsi qu’au danseur, chorégraphe et professeur de danse Kurt Froman pour créer la scène de la dernière représentation de Dominika. Durant les trois mois qui ont précédé le tournage, Jennifer Lawrence a ainsi répété trois heures par jour avec Froman. La comédienne raconte : "J’ai suivi une longue préparation physique pour ce film. Les scènes de danse classique ont évidemment nécessité un entraînement intensif, et même si je n’atteindrai jamais le niveau requis pour entrer au Bolchoï, cela m’a appris la discipline et permis d’adopter une bonne posture. La danse a profondément changé mon corps... Mais il est vrai que j’ai eu très faim au cours des premières semaines !"
Matthias Schoenaerts avait déjà joué un personnage russe dans Kursk (2018) de Thomas Vinterberg, centré sur la tragédie du naufrage du sous-marin russe K-141 Koursk.
Pour entrer dans la peau de son personnage, Jennifer Lawrence a pratiqué la danse (trois heures par jour pendant quatre mois avec le danseur de ballet et entraîneur Kurt Froman) et s'est entraînée pendant plusieurs mois pour avoir un accent russe crédible.
Dans une interview accordée à Vanity Fair, Jennifer Lawrence a expliqué que sa scène de nue dans le film (qui est d'ailleurs sa première devant une caméra) a constitué pour l'actrice un moyen de « reprendre le contrôle » après que ses photos privées avaient fuitées en 2014. "Ma plus grande peur était que les gens disent : 'Oh, pourquoi tu te plains d'avoir été hackée si finalement tu joues nue ?' Mais dans le film, c'est mon choix. J'ai repris quelque chose qui m'avait été enlevé, et aussi, ça me semblait être normal."
Au cours des mois qui ont précédé le tournage, Francis Lawrence et l’équipe de production se sont rendus à Budapest, à la recherche de décors leur permettant de recréer la ville d’Helsinki, où se déroule l’essentiel de l’action du roman de Jason Matthews. En explorant la capitale hongroise, les cinéastes ont réalisé que les rues de la ville seraient idéales pour le tournage de Red Sparrow.
Le tournage de Red Sparrow a débuté le mercredi 5 janvier 2017 sur Hősök tere, la place des Héros, un des sites les plus célèbres et les plus saisissants de Budapest. L’opéra de la ville a quant à lui servi de doublure au Bolchoï, mais il a fallu que l’équipe s’adapte au programme chargé des représentations. Dès que la production quittait les lieux, les machinistes prenaient le relais afin de préparer la scène pour le spectacle du soir.
Avec Red Sparrow, le réalisateur Francis Lawrence retrouve son actrice fétiche Jennifer Lawrence pour la quatrième fois après Hunger Games: L'embrasement (2013), Hunger Games: La révolte - 1ère partie (2014) et Hunger Games: La révolte - 2ème partie (2015).
Le célèbre danseur Sergei Polunin, dont le parcours est retracé dans le documentaire Dancer, a rejoint la production de Red Sparrow pour interpréter Konstantin. Nicole O’Neill, qui incarne Sonya, a étudié au Royal Ballet à la même période que Polunin, mais une blessure à l’âge de 15 ans l’a empêchée de poursuivre sa carrière.
Le tournage hongrois du film s’est achevé en avril 2017 (et avait commencé début janvier de la même année). L’équipe a ensuite pris la direction de Bratislava pour filmer les scènes extérieures et intérieures russes, et plus surprenant, les séquences qui se déroulent au sein de la CIA à Langley. Après une journée à Vienne, la production s’est installée à Londres où elle a posé ses caméras à l’aéroport d’Heathrow et au Corinthia Hotel.
La chef costumière Trish Summerville a souligné le paysage désolé et le caractère isolé de l’école des Moineaux en créant des costumes aux tons feutrés. Elle explique : "Je tenais à ce que les tenues au sein de l’établissement évoquent le communisme et le totalitarisme, elles sont donc usées et délavées, dans des tons gris et froids. Les chemises sont unisexes si bien que garçons et filles portent la même chose. Quant à l’uniforme vert profond de Matrone, il est très classique et intemporel."
Si l’ex-agent Jason Matthews n’a pas rencontré de jeune femme comme Dominika au cours de sa carrière à la CIA, il se rappelle que la manipulation sexuelle faisait bel et bien partie de la formation des espionnes soviétiques : "En URSS, il existait une école où l’on enseignait aux jeunes femmes l’art de la séduction pour piéger les hommes et faire chanter les ennemis de la patrie. Le gouverne-ment possédait un établissement dans la ville de Kazan, sur les rives de la Volga, où l’on enseignait aux jeunes femmes comment devenir des courtisanes. On les surnommait des « Moineaux »."