Parmi les trois frères du film, seul Adrien Brody n'avait jamais tourné avec Wes Anderson. Owen Wilson avait déjà travaillé avec lui sur ses trois derniers films tandis que Jason Schwartzman avait tenu le haut de l'affiche de Rushmore. Et comme on ne change pas une équipe qui gagne, le réalisateur a également fait appel à son actrice fétiche pour compléter le casting : Anjelica Huston. Enfin, parmi les fidèles du réalisateur, on peut également citer le discret Kumar Pallana (Pagoda de La Famille Tenenbaum) que l'on peut également apercevoir subrepticement ici.
A bord du Darjeeling Limited est précédé du court métrage Hôtel Chevalier, également réalisé par Wes Anderson. Tourné à Paris, il met en scène le personnage de Jason Schwartzman qui reçoit son ex-petite amie incarnée par Natalie Portman avant son départ pour l'Inde. On peut d'ailleurs apercevoir très furtivement l'actrice lors d'une scène du film tournée dans le train.
Le film a été tourné en grande majorité dans le désert du Rajasthan, au nord-ouest du sous-continent indien, région riche en palais. Le Darjeeling Limited se déplaçait sur des rails reliant la cité de Jodhpur à celle de Jaisalmer, en passant dans le désert de Thar qui se trouve le long de la frontière pakistanaise. L'orphelinat et couvent de Patricia a été créé dans la verte et luxuriante ville d'Udaipur, dans un ancien pavillon de chasse royal qui appartenait autrefois au Maharana de Mewar, un des souverains de l'ère Rajput.
C'est en regardant Le Fleuve de Jean Renoir que Wes Anderson s'est découvert une passion pour l'Inde.
Malgré la passion de Wes Anderson pour l'Inde, il n'avait jamais visité le pays avant la production du film. C'est en mai 2006 pendant, l'écriture du scénario qu'il s'y est rendu pour étoffer l'histoire et fignoler les personnages.
Les histoires de familles ont toujours été au coeur du cinéma de Wes Anderson. La Famille Tenenbaum en 2002 et dans La Vie aquatique en 2005 en sont les exemples les plus révélateurs. A bord du Darjeeling Limited n'échappe à la règle puisqu'il évoque la relation de trois frères profondément marqués par le décès de leur père un an auparavant.
Les films dont l'action se déroule dans un train ou autour de l'univers ferroviaire ont toujours existé au cinéma (cf. L'Arrivee d'un train en gare de La Ciotat des frères Lumière). Parmi les plus célèbres, on peut également citer L'Attaque du Grand Rapide de Edwin S. Porter (1903), Le Mécano de la General de Buster Keaton, Le Crime de l'Orient-Express ou encore Quatre garçons dans le vent avec les Beatles.
Adrien Brody évoque la direction d'acteur de Wes Anderson : "Dans la scène de la rivière, les indications que me donnait Wes Anderson étaient complètement à l'opposé de ce que j'aurais fait en temps normal. Je devais paraître presque absent, sans émotion visible et parfaitement neutre, un jeu très différent de ce que j'envisageais de faire. Cela rendait la scène plus triste car elle souligne l'incapacité de mon personnage à faire face à la situation."
A bord du Darjeeling Limited marque la 3ème collaboration entre Wes Anderson et Anjelica Huston. Malgré leur complicité, l'actrice fut surprise par le rôle qu'il lui a proposé : "Cette femme a laissé derrière elle sa famille pour devenir une bonne soeur, ce qui constitue un changement de vie plutôt radical, explique Huston. Je dois dire que j'adore voir des religieuses au cinéma. J'ai toujours été fan du film Au risque de se perdre, dans lequel Audrey Hepburn joue une soeur. Il y a aussi un film de mon père que j'adore, Dieu seul le sait, dans lequel Robert Mitchum affronte une religieuse jouée par Deborah Kerr. Vers l'âge de six ans, je voulais même entrer dans les ordres, mais c'est une envie qui m'est vite passée ! Néanmoins, je trouve que ce sont des personnages fantastiques, il y a en elles quelque chose de romantique qui m'a toujours beaucoup touchée."
Wes Anderson a tenu absolument à ce que les scènes du train soient filmées dans un véritable train, excluant un tournage en studio. Une décision qui sonnait comme un véritable défi pour toute l'équipe et plus particulièrement pour le chef décorateur : "J'avais déjà travaillé en Inde pour le tournage de Un nom pour un autre de Mira Nair, raconte Mark Friedberg. Nous avions filmé une journée dans un train et je savais que le tournage de A bord du Darjeeling Limited n'allait pas être des plus faciles ! Malgré toutes les difficultés logistiques inhérentes à un tel exercice, Wes n'a jamais changé d'avis. Nous sommes donc allés dans une région de l'Inde gérée par la Northwestern Railways et nous leur avons annoncé que nous avions besoin de dix wagons et d'une locomotive que nous allions entièrement redécorer et faire rouler sur leur réseau ferré. C'était la première fois qu'on leur demandait une telle chose. Les démarches ont été longues et fastidieuses, mais nous avons fini par obtenir ce que nous voulions."
Le chef décorateur Mark Friedberg évoque le train dans lequel se déroule la première partie du film : "Au final, notre train allie le style de ceux que l'on peut voir en Inde, le luxe d'un train de grande ligne comme l'Orient Express et la modernité des trains de passagers européens. Nous nous sommes aussi inspirés du 20th Century Limited, le célèbre express américain qui a relié New York à Chicago de 1902 à 1967. La décoration du train mélange des motifs du Rajasthan, les couleurs de l'Indian Railways et le style Art Déco ; tout a été fait à la main dans la plus pure tradition indienne."
Le réseau ferroviaire indien s'est développé à partir du 19e siècle et est aujourd'hui l'un des plus fréquenté au monde avec près de 15 millions de passagers quotidiens.
Le fait de ne pas tourner en studio a également posé de gros problèmes au directeur de la photographie Robert D. Yeoman. Il raconte : "Tourner dans un train est extrêmement difficile. Nous ne pouvions rien fixer sur le toit et aucun équipement ne pouvait sortir de plus d'un mètre des wagons à cause des poteaux télégraphiques et des arbres qui bordaient la voie. La disposition des lumières était aussi un vrai casse-tête."
Pour créer le couvent, le chef décorateur s'est inspiré du célèbre film de Michael Powell, Le Narcisse noir, réalisé en 1947 et qui se déroule dans une mission de nonnes se trouvant dans l'Himalaya.
Pour concevoir les bagages de la famille Whitman, Wes Anderson a fait appel à Marc Jacobs, le fantasque styliste de la maison Louis Vuitton. Il a ainsi créé de nouvelles valises spécialement pour le film.
Si A bord du Darjeeling Limited est en partie une histoire de famille, sa création a été également familiale puisque les scénaristes Roman Coppola (fils de Francis Ford) et Jason Schwartzman (fils de Talia Shire, soeur de Francis Ford) sont cousins !
Bill Murray, qui incarnait Steve Zissou dans La Vie aquatique, fait plusieurs apparitions dans le film.
The Darjeeling Limited a été présenté en Compétition à la 64e Mostra de Venise en 2007.
Les trois frères sont nommés Francis, Peter et Jack en référence à Francis Ford Coppola, Peter Bogdanovich et Jack Nicholson. Le clan Coppola est, par ailleurs, un fidèle allié de Wes Anderson. Jason Schwartzman, neveu du réalisateur du Parrain, apparaît dans 5 des 8 films d'Anderson. Et c'est Roman Coppola, son fils, qui co-signe le scénario du Darjeeling et qui signera plus tard celui de Moonrise Kingdom. Il a également prêté sa voix à un écureuil dans Fantastic Mr. Fox.
La boîte à musique de Patricia joue la mélodie de Waterloo road de Jason Cress, qui n'est autre que l'originale de la chanson Les Champs-Elysées de Joe Dassin, laquelle accompagne le générique final.