À l'origine, Jem et les Hologrammes est une série d'animation, diffusée à la télévision de 1985 à 1988 et créée par la marque Hasbro dans le but de promouvoir de nouvelles poupées mannequins. Le film de Jon M. Chu est donc une adaptation du programme ; le réalisateur a toutefois décidé de réaliser un prequel en prises de vue réelles, pour une approche plus réaliste et plus éloignée de la série originale.
La créatrice de la série Jem et les Hologrammes, Christy Marx, n'avait aucune idée qu'une adaptation cinématographique allait être réalisée et n'a pas apprécié que la marque Hasbro ne l'ait pas informée à propos de ce projet. Elle a tout de même un caméo dans le film, dans le rôle de Lindsey Pierce.
Les actrices qui ont prêté leur voix au personnage de Jem dans la série, Samantha Newark et Britta Phillips, font une apparition dans le long-métrage de Jon M. Chu.
Le personnage d'Erica Raymond, interprété par Juliette Lewis, n'est autre qu'une version féminine d'Eric Raymond, l'ennemi juré de Jerrica dans la série originale Jem et les Hologrammes. Une référence que les fans ne manqueront pas de remarquer.
La guitare avec laquelle joue Aubrey Peeples lors de la scène du concert est une Gibson. Il s'agit d'un modèle créé par Zakk Wylde, ancien guitariste d'Ozzy Osbourne et chanteur du groupe de heavy metal Black Label Society.
Aubrey Peeples commence à être une habituée des fictions aux refrains musicaux. En effet, l'actrice interprète les personnages de Layla Grant, dans la série country Nashville, et de Cassidy, dans le programme Disney Channel Austin & Ally.
Jem et les Hologrammes est la deuxième adaptation d'un dessin animé par Jon M. Chu, après G.I Joe : Conspiration sorti en 2013.
Aux États-Unis, où le film est sorti en octobre 2015, Jem et les Hologrammes n'a pas trouvé son public. Il a connu le pire démarrage de 2015 pour un film de studio et le pire démarrage de tous les temps pour un film diffusé sur plus de 2 400 écrans. Il a été retiré des salles de cinéma par Universal après deux semaines d'exploitation.
Avec Jem et les Hologrammes, Molly Ringwald (Claire du Breakfast Club) fait son retour sur grand écran après 14 ans d'absence.
C'est la petite soeur d'Aurora Perrineau, Wynter, qui joue son personnage de Shana jeune.
Ce sont des fans de la série originale Jem et les Hologrammes de 1985 qui ont été approchés pour jouer les fans du nouveau groupe pendant les scènes de concert du film, au moyen des réseaux sociaux.
Si Stefanie Scott (Kimber) et Hayley Kiyoko (Aja) ont chacune accepté de se teindre les cheveux en orange et en bleu pour leurs rôles, Aubrey Peeples (Jem) et Aurora Perrineau (Shana) ont quant à elles préféré l'option perruques et extensions pour donner l'illusion de cheveux roses et violets.
Dans Jem et les Hologrammes, l'héroïne casse le quatrième mur et s'adresse directement aux spectateurs. Jon M. Chu voulait que l'expérience du film soit particulièrement immersive pour les fans, en les faisant participer au long-métrage. Les fans ont également été solicités via les réseaux sociaux ; ils ont pu poster des vidéos, qui pour certaines se retrouvent dans le film.