La Cité de l'ombre est tiré d'un roman éponyme de l'écrivain californien Jeanne DuPrau, édité chez Gallimard jeunesse.
Derrière le récit fantastique de La Cité de l'ombre se cache un message écologique qu'explique l'auteur Jeanne DuPrau : "À travers cette histoire, je voulais montrer à quel point la nature est précieuse et fragile. Nous avons le terrifiant pouvoir de détruire notre planète. En racontant cette histoire à toutes les générations, et en particulier aux plus jeunes, je voulais leur dire qu'il est de notre responsabilité à tous de protéger notre environnement."
La Cité de l'ombre est le deuxième film de Gil Kenan. Il s'agit pourtant de son tout premier long-métrage tourné en décors réels puisqu'il avait auparavant réalisé Monster House, un film d'animation.
Trouver l'actrice qui allait jouer le personnage de Lina a demandé près de six mois de casting. C'est finalement Saoirse Ronan qui a remporté le rôle, une jeune comédienne qu'on l'avait déjà pu voir dans REVIENS-MOI (2007) où elle interprétait la jeune Briony Tallis. Un rôle pour lequel elle avait obtenu une nomination aux Oscars.
Véritable personnage à part entière, la ville souterraine d'Ember a demandé un soin tout particulier. Gil Kenan : "Avec le chef décorateur Martin Laing, nous avons donc voulu construire un environnement très réaliste. Nous avons commencé par nous mettre à la place des Bâtisseurs, les pères fondateurs qui ont hâtivement construit cette Cité pour protéger les citoyens d'un danger inexpliqué, et nous nous sommes demandé ce dont ils pouvaient avoir besoin pour rester dans cet abri pendant au moins deux cents ans. La Cité était techniquement très avancée à l'époque de sa construction, et pour l'alimenter en énergie, les Bâtisseurs ont conçu un générateur actionné par la rivière que les citoyens ont soigneusement entretenu pendant deux siècles."
Les studios habituels étant trop petits pour accueillir la Cité d'Ember, l'équipe du film a construit les décors en Irlande, dans un ancien hangar haut de près de trente mètres que la compagnie maritime de Belfast Harland and Woolf utilisait pour peindre la coque de ses paquebots.
Si aucune suite n'est officiellement prévue au cinéma, il existe pourtant deux romans racontant la suite des aventures de Lina et Doon : Le peuple d'en haut (Gallimard Jeunesse) et The Diamond of Darkhold qui n'est pas encore traduit en français.
Dans la galerie de portraits des anciens Maires d'Ember, on peut trouver celui de la scénariste Caroline Thompson, de la romancière Jeanne DuPrau, du producteur exécutif John D. Schofield, et celui du grand-père du réalisateur Gil Kenan.