Les rôles principaux de Pierrot le Fou devaient être tenus à l'origine par Michel Piccoli et Sylvie Vartan, mais cette dernière refusa ; Godard changea alors la distribution et fit appel à Jean-Paul Belmondo, qui lui a amené les fonds nécessaires au film : "Alors Belmondo m'a permis de faire un film avec plus de moyens : ça compte l'argent qu'une vedette amène", dit-il.
Pierrot le fou marque la sixième collaboration entre Jean-Luc Godard et Anna Karina, sa première femme.
Dans A bout de souffle, on note la participation de Samuel Fuller dans son propre rôle, comme Fritz Lang dans Le Mépris.
A sa sortie, le film fut très décrié et même interdit aux moins de dix-huit ans, pour "anarchisme intellectuel et moral". Son titre d'origine était Le Démon de onze heures. Malgré cela, il remporta le prix de la critique au Festival du Film de Venise en 1965. Une des répliques du film, dite par Anna Karina, est passée dans le langage courant : "Qu'est-ce que je peux faire ? Je sais pas quoi faire..."
Alors qu'Anna Karina doit marcher sur la plage pour les besoins d'une scène, l'actrice est intimidée à l'idée de n'avoir aucune réplique sur laquelle se reposer. Elle demande alors à Jean-Luc Godard : "Qu'est-ce que j'peux faire ? J'sais pas quoi faire !". Complètement improvisée, la phrase plaît tellement au réalisateur qu'il décide de la garder. Aujourd'hui, elle est devenue culte.