Avec Deux frères, le cinéaste Jean-Jacques Annaud retrouve le long-métrage animalier, seize ans après L'Ours. Homme de défis et d'aventures toujours très lié à la nature, il aura entre-temps adapté Marguerite Duras (L' Amant), lancé le procédé Imax 3D en France (Les Ailes du courage), emmené Brad Pitt passer Sept ans au Tibet et plongé Jude Law dans l'enfer de Stalingrad.
Lorsqu'il travaillait sur son premier projet animalier, à la fin des années 80, Jean-Jacques Annaud se rendait régulièrement dans des zoos pour se décider sur l'animal à qui il allait donner la vedette. Sur place, il était toujours fasciné par le regard des tigres, mais il choisit de se concentrer sur l'ours car il pensait que celui-ci, souvent debout, serait plus facilement identifiable. Ainsi naquit L'Ours. Mais le tigre ne quitta pourtant jamais son esprit. C'est à la fin des années 90, en vacances sur une lointaine île yéménite, que Jean-Jacques Annaud est revenu vers les tigres et a commencé l'écriture de Deux frères. Assis devant sa tente, face à l'Océan Indien...
Avant de se lancer dans l'écriture du scénario, Jean-Jacques Annaud s'est rendu deux semaines dans la réserve de Ranthambhore, au Rajasthan, pour observer une trentaine de fauves en compagnie des meilleurs spécialistes du tigre asiatique. Il a ensuite écrit le scénario puis a effectué des repérages durant un an, se rendant en Asie environ tous les deux mois. Après ces longs mois de préparation, le tournage pouvait débuter...
Entamé le 21 octobre 2002, le tournage de Deux frères a duré six mois. En Thaïlande, mais également au Cambodge, sur le site des ruines d'Angkor. Il fallu d'ailleurs à Jean-Jacques Annaud beaucoup de persévérance pour convaincre les autorités cambodgiennes de tourner avec des fauves sur ce site très visité, classé au patrimoine de l'humanité.
Pour Deux frères, Jean-Jacques Annaud retrouve le célèbre dresseur Thierry Le Portier, quinze ans après L'Ours. Celui-ci, qui a notamment dirigé les lions de Gladiator, a entraîné les félins du film six mois durant au Puy-du-Fou. Au sujet de Thierry Le Portier, Jean-Jacques Annaud est très élogieux : "Je n'aurais jamais pu faire ce film sans lui, sans sa finesse de jugement, son enthousiasme, sa fiabilité. Il a une incroyable compréhension, presque divinatoire, de ce que vont faire ses bêtes, ou de ce que lui doit faire pour obtenir d'elles ce qu'il souhaite."
Pour Deux frères, le dresseur Thierry Le Portier a sélectionné trente félins, dont dix-huit bébés, qui devaient "savoir leur texte" et avoir leur propre personnalité. Sur le tournage, tout était conçu pour leur bien-être : un " hôtel pour tigres " fut ainsi créé, où les bêtes étaient rassemblées entre elles. Sécurité oblige, chaque félin avait son propre moyen de transport pour se diriger d'un lieu de tournage à un autre. Une aventure extraordinaire...
L'acteur Guy Pearce a fermement insisté pour tourner une scène en présence d'un tigre adulte, scènes d'ordinaire tournées en deux fois sans la présence commune des intervenants.
Jean-Jacques Annaud a eu peu recours aux effets spéciaux pour Deux frères. Un poisson rouge a été "partiellement refait en image de synthèse parceque l'indiscipliné ne se présentait jamais au bon moment dans le bocal" et l'envol des chauves-souris qui s'échappent du temple a été entièrement recréé en digital car l'espèce locale est protégée. Mais hormis ces cas précis et quelques autres petits détails, le long-métrage a entièrement été tourné de manière naturelle.
Christian Clavier était initialement pressenti pour incarner le personnage de l'ambassadeur, finalement dévolu à Jean-Claude Dreyfus.
Deux frères est produit par Jake Eberts, producteur de classiques tels que Danse avec les loups et Miss Daisy et son chauffeur.