Deux scénarios pour le troisième Die Hard ont tour à tour été envisagés puis abandonnés. L'un, intitulé Troubleshooter, racontait comment John McClane, en croisière aux Caraïbes avec sa famille, se retrouvait aux prises avec de nouveaux terroristes. Cette idée est "tombée à l'eau" quand le Piège en haute mer avec Steven Seagal est entré en phase de production en 1992. L'autre version, signée Doug Richardson et John Fasano, avait pour toile de fond la prise de contrôle du réseau métropolitain à Los Angeles. Là, c'est Bruce Willis qui s'est opposé au projet, jugeant l'intrigue un peu trop répétitive à son goût et réclamant une "aire de jeu" plus vaste.
La scène de braquage des stocks d'or de la Réserve Fédérale de New York a été jugée tellement réaliste que le FBI a revu ses sytèmes de sécurité après la sortie d'Une journée en enfer. Le scénariste Jonathan Hensleigh a en effet pu visiter les locaux et eu accès aux plans des lieux, ce qui lui a valu un interrogatoire conjoint de la police et des agents spéciaux. "Pendant une bonne dizaine de minutes, j'ai vraiment, vraiment eu les jetons. J'ai même cru qu'ils allaient m'arrêter", se souvient-il. Si cela n'arrivera pas, le FBI dira néanmoins : "ça va vous paraître dingue, mais quelqu'un pourrait vraiment mettre en pratique le modus operandi du vol. Nous allons avoir une petite réunion sur le sujet, et discuter sur la manière dont nous pourrions améliorer la sécurité du site pour que cela n'arrive jamais".
Il était prévu une fin alternative à Une journée en enfer, visible dans les bonus DVD et Blu-Ray du film. Le scénariste Jonathan Hensleigh avait en effet écrit une scène où l'on voyait John McLane régler son compte à Simon Gruber dans une taverne d'un pays d'Europe de l'est, ce dernier étant parvenu à échapper aux forces de l'ordre avec son butin de lingots d'or. Même si elle a été tournée, cette séquence n'a pas emporté les faveurs de John McTiernan et de la Fox, car elle montrait notre héros sous un angle trop cruel et menaçant.
Le cinéaste John McTiernan souhaitait que Sean Connery, avec qui il avait précédemment tourné A la poursuite d'Octobre rouge et Medicine Man, joue le personnage de Simon Gruber. Mais l'acteur écossais a décliné sa proposition, ne se voyant pas incarner un méchant aussi machiavélique. David Thewlis a ensuite été envisagé, avant que Jeremy Irons ne décroche finalement le rôle.
Le personnage de Zeus Carver, l'acolyte de McClane dans Une journée en enfer, aurait pu être joué par Laurence Fishburne. En effet, à cette époque, Samuel L. Jackson et lui étaient souvent mis en concurrence pour les mêmes films. Autre exemple de rôle que Fishburne a bien failli ravir à son confrère : celui de Jules Winnfield dans Pulp Fiction.
John McTiernan n'était pas le seul réalisateur à avoir été contacté par la Fox pour le tournage d'Une journée en enfer. Danny Cannon était également sur les rangs, mais il a finalement préféré se consacrer à la mise en scène de l'adaptation du comic book Judge Dredd avec Sylvester Stallone.
Au début d'Une journée en enfer, Simon Gruber force John McClane à déambuler dans les rues de Harlem avec un écriteau sur lequel on peut lire "I hate niggers", littéralement "je hais les nègres". Or il faut savoir que cette inscription a été ajoutée après coup, en postproduction. La version initiale durant le tournage indiquait "I hate everybody" ("Je hais tout le monde"), quelque chose de plus édulcoré pour permettre au film de ne pas rencontrer d'obstacle lors de sa diffusion télévisée.
L'idée de base d'Une journée en enfer - un terroriste faisant exploser des bombes dans une grande ville américaine et faisant tourner en bourrique les deux gars chargés de le traquer - devait à l'origine servir de trame scénaristique au troisième film de la franchise "L'Arme fatale".
L'impressionnante scène d'explosion dans une rue commerçante de New York au début d'Une journée en enfer a posé quelques problèmes de conscience à McT et aux producteurs, en raison de l'attentat survenu quelques mois plus tôt dans un bâtiment fédéral d'Oklahoma City, commis par l'extrémiste de droite Timothy McVeigh. Il a même été question de repousser la sortie du film de plusieurs semaines. Finalement, après de nombreuses tergiversations, la fameuse séquence a été gardée au montage et le blockbuster a bien débarqué dans les salles durant l'été 1995.
Le titre de travail d'Une journée en enfer en VO était Simon Says (littéralement Simon dit). Dans la première mouture du scénario, le personnage de Zeus devait être campé par une femme.
Le tournage s'est déroulé du 30 juillet au 21 décembre 1994 à différents endroits emblématiques de New York : Broadway, Manhattan, le Bronx, Greenwich Village, le Yankee Stadium, la Réserve fédérale américaine et bien sûr Central Park, où a été mis en place l'un des morceaux de bravoure du film, la fameuse course en taxi à travers le parc.