Le film a été présenté, dans la Sélection officielle, hors compétition, à l'occasion du 53ème Festival de Cannes.
La production a travaillé pendant plus d'un an avec la National Aeronautics and Space Administration (NASA).
Pour le producteur Sam Mercer, producteur exécutif : « La NASA intervint d'abord dans le développement du scénario, puis sur les recherches, les décors, le contexte scientifique et le « message » du film, qui reçut leur approbation. »
L'équipe du film a notamment bénéficié de l'aide des anciens astronautes Story Musgrave (vétéran de l'Agence et recordman des sorties dans l'espace) et du Dr Joe Allen (qui a avait déjà apporté ses conseils sur Armageddon).
Il a supervisé les effets spéciaux visuels de Star Trek : premier contact, La guerre des étoiles, Mission : impossible, Star Trek Générations et Star Wars : episode one
« C'est une belle et une grande aventure. Je n'avais jamais tourné de film de S.F., et celui-ci posait des problèmes inédits, notamment en raison de son contexte. Je me suis efforcé de contourner les clichés du genre afin de proposer une orientation et un look nouveau. »
Marqué par un classique des années 50, Destination lune, Brian de Palma souhaitait une approche réaliste : « C'était l'un des premiers films de science-fiction à incorporer des données précises et authentiques. Son haut degré de réalisme m'avait beaucoup impressionné. C'est dans la même optique que nous avons traité Mission to Mars. Le film est d'autant plus excitant qu'il fait vrai. Tous les événements auxquels sont confrontées les équipes de Mars 1 et Mars 2 sont conformes aux paramètres physiques du lieu. »
La scène où les astronautes effectuent une sortie dans l'espace, associe effets numériques et personnages suspendus dans les airs à l'aide de filins. Elle a nécessité 4 semaines de tournage !
Composée de 170 plans, cette séquence a été tournée "live" sur un fond bleu; les filins et les harnais des comédiens ont été effacés, grâce à la palette graphique, par une équipe de... 25 retoucheurs.
Les intérieurs – comprenant la salle de contrôle, le vaisseau Mars Recovery, l'habitat martien et les décors spatiaux – furent construits aux Bridge Studios. Le paysage martien fut aménagé aux Fraser Sans Dunes de Richmond, une banlieue de Vancouver. Une autre partie des paysages martiens fut filmée en Jordanie et sur l'île de Lanzarote (Canaries).
Le paysage martien reconstruit pour les besoins du film mesure 23 hectares. Il repose sur un soubassement sableux sculpté au bulldozer et recouvert d'une couche de ciment enduite de peinture latex rouge.