Renée Zellweger, qui s'illustre surtout dans la comédie, a pourtant déjà joué dans un film d'horreur au début de sa carrière : Massacre à la tronçonneuse, la nouvelle génération de Kim Henkel. Sa jeune partenaire dans le film, Jodelle Ferland, âgée de seulement 15 ans, est plus expérimentée, puisqu'on l'a vue notamment dans Silent Hill, Les Messagers et même dans une adaptation télévisée de Carrie au bal du diable.
La quasi totalité des scènes où les acteurs sont près du feu ont été tournées en conditions réelle. Autrement dit, aucun effet spécial n'a été incrusté pour représenter le feu. Les acteurs jouaient vraiment avec les flammes à leur côté.
Pendant le tournage d'une des scènes d'incendie, un effet pyrotechnique est devenu incontrôlable : le feu a ravagé tout le plateau et s'est propagé au studio, et une grande partie du matériel de l'équipe de tournage a ainsi fini en cendres. Personne n'a été blessé, en tout cas sérieusement. Le tournage a même pu reprendre dès le lendemain de l'incident avec un équipement venu des quatre coins du monde.
Chloe Moretz et Isabelle Fuhrman ont un temps été pressenties pour le personnage de Lillith. Finalement, le rôle est revenu à Jodelle Ferland.
Le Cas 39 a principalement été tourné au Canada, notamment dans la province de la Colombie-Britannique où se trouve la ville de Vancouver.
Le Cas 39 marque les débuts à Hollywood du réalisateur allemand Christian Alvart, auteur de deux longs métrages, Curiosity & the cat et surtout le très remarqué Antibodies.