Le film s'intéressant aux origines du héros, les producteurs ont d'abord pensé à des acteurs jeunes pour endosser le costume de Batman, deux jeunes acteurs de série : Joshua Jackson, Ashton Kutcher, mais aussi Jake Gyllenhaal, David Boreanaz, John Cusack, Guy Pearce. Deux inconnus (ou presque) ont pu aussi tenter leur chance : Eion Bailey (vu dans Fight club), Hugh Dancy (Le Roi Arthur). Plus étonnant encore : David Duchovny et Cillian Murphy auditionnèrent aussi. Ce dernier fut finalement retenu par Christopher Nolan pour jouer le Dr Jonathan Crane alias l'Epouvantail. Contacté en même temps que les autres, Christian Bale fut finalement retenu pour le rôle.
L'acteur britannique Christopher Eccleston fut contacté pour le rôle de l'Epouvantail. Il a été coiffé au poteau par son confrère, Cillian Murphy, avec lequel il avait joué dans 28 jours plus tard de Danny Boyle. Ce film très remarqué par les producteurs hollywoodiens, avait lancé la carrière américaine de l'acteur irlandais. Il obtient là un rôle de méchant charismatique dans Batman begins, où il assumera les deux identités de son personnage : le Dr Jonathan Crane alias l'Epouvantail.
Dans le jeu de chaises musicales qui vit défiler les plus grands réalisateurs d'hollywood, le nom des frères Wachowski fut annoncé. Mais Andy Wachowski et Larry Wachowski refusèrent pour se lancer dans l'écriture et la réalisation de Matrix reloaded et Matrix revolutions.
Avant de commencer le tournage, le réalisateur organisa une projection privée pour toute l'équipe du film, où il projeta Blade runner (1982). Après avoir visionné le film de Ridley Scott, il déclara aux personnes présentes : "C'est comme ça que nous allons faire notre Batman". C'est donc ce film culte qui inspira Christopher Nolan pour créer l'atmosphère sombre et futuriste de Batman begins.
Pendant l'élaboration du projet, les producteurs songèrent à donner une autre dimension au personnage de Batman, un Bruce Wayne plus âgé a donc été envisagé (avant de choisir l'option inverse). Ils proposèrent donc à Clint Eastwood de réaliser le film et d'endosser le costume de l'homme chauve-souris. L'acteur-réalisateur déclina cette offre.
Presque dix ans séparent ce film du dernier opus de la série : Batman & Robin, qui fut un échec. Le scénario de Batman begins fut donc remanié plusieurs fois. Plus encore qu'un successeur à George Clooney, c'est surtout le réalisateur qui fut difficile à trouver. Plusieurs grands noms se virent proposé le projet, dont celui de Joel Schumacher qui finit par refuser. Les producteurs optèrent alors pour une vision plus sombre du film et contactèrent David Fincher, qui déclina l'offre également. Darren Aronofsky fut un temps envisagé et proposait de revenir au graphisme du comic book. Mais en 2002, la production eut une nouvelle idée : Superman vs Batman, avec Wolfgang Petersen, mais ce dernier se lança dans l'adaptation dans le tournage de Troie pour la Warner. Finalement Christopher Nolan reprit le projet et le mena à son terme.
Le casting pour le rôle de Rachel Dawes fut presque aussi tendu que pour le rôle titre. Natalie Portman et Sarah Michelle Gellar furent sérieusement envisagées, et battu d'une courte tête par Katie Holmes, qui succède ainsi à Elle MacPherson dans le rôle de la petite amie de Bruce Wayne.
Christopher Nolan a souhaité modifier considérablement le costume de son héros : "J'ai étudié les grands comics et romans graphiques qui ont jalonné l'histoire de Batman pour tenter d'en distiller l'essence. Chaque artiste a interprété ce "Batsuit" à sa façon, mais il existe aussi certaines constantes qui donnent la clé du personnage."
Il ajoute : "La cape de Batman me semblait avoir été quelque peu desservie dans les films antérieurs. Il existe de merveilleuses illustrations de Batman, dans des poses très typées, sa longue cape flottant au vent. C'est ce feeling que nous avons voulu retrouver à l'écran, en concevant une cape noire, aussi souple et aérienne que celles des grands romans graphiques."
Selon Lindy Hemming , la chef costumière, le réalisateur refusa l'aspect "armure" des précédentes versions, il voulait retrouver l'esprit romantique et sombre des comics. Elle précise : "Chris a insisté pour ce costume ne soit pas seulement un bel objet, mais qu'il soit fonctionnel. Ainsi les jambes devaient-elles être assez souples pour permettre des flexions aisées, et le cou permettre des rotations de la tête indépendamment du torse et des épaules – geste impossible dans les précédentes versions."
Grâce à ces changements, les combats d'arts martiaux que livre Batman sont devenus crédibles à l'écran.
Gotham City, théâtre des aventures de Batman, est une ville imaginaire qui pourrait se situer n'importe où aux Etats-Unis selon ses créateurs. C'est pourtant à 10000 km de là que la ville fut reconstituée. La majeure partie des extérieurs de Gotham City furent en effet construits à Cardington, un ancien hangar situé à une heure de route de Londres, dont les dimensions gigantesques excédaient largement celles d'un studio classique (270 m de long et 60 de haut, contre 15 pour un plateau de tournage standard). L'équipe y disposait d'une surface au sol équivalente à 16 piscines olympiques.
Laurence Fishburne a été attaché au rôle de Lucius Fox, finalement tenu par Morgan Freeman. Ducard, le personnage incarné par Liam Neeson, aurait quant à lui pu être tenu par Viggo Mortensen. Enfin, Dennis Quaid a failli incarner Jim Gordon mais a été remplacé par Gary Oldman.
Batman Begins a été conçu pour un budget de 150 millions de dollars. Les deux prochains Batman de Christopher Nolan, The Dark Knight: Le chevalier noir et The Dark Knight Rises, ont respectivement coûté 185 et 250 millions de dollars. A titre de comparaison, Batman v Superman : L'aube de la justice avait un budget de 250 millions, Batman & Robin de 125, Batman Forever de 100, Batman, le défi de 80 et enfin Batman de 35.
Côté recettes, le premier volet de la trilogie Nolan a rapporté pas loin de 360 millions de dollars rien qu'avec sa sortie en salles, ce qui est un bon score mais nettement inférieur à ceux des deux prochains opus ayant chacun franchi le milliard de dollars...
A noter la présence au casting du film d'un certain Jack Gleeson dans le rôle du petit garçon qui a un bref échange avec Batman sur un balcon. L'acteur se fera par la suite connaître du grand public grâce à sa mémorable prestation de l'ignoble Joffrey Baratheon dans la série culte d'HBO Game of Thrones. A noter qu'il apparaît non crédité au générique du Règne du feu, un film de science-fiction de 2002 porté par Matthew McConaughey et... Christian Bale !