Fair Game s'inspire des livres The Politics of Truth de Joseph Wilson et Fair Game de Valerie Plame Wilson.
L'équipe du film a tenu à recréer le plus fidèlement possible les bureaux de la CIA, s'attachant à chaque détail. Naomi Watts est allée jusqu'à passer un stage avec des membres des forces spéciales, reproduisant l'entrainement réservé aux agents de la CIA. Valerie Plame Wilson confie : "La plupart du temps, quand je vois un film qui parle de la CIA, je trouve que ce que je regarde a bien peu de rapport avec la réalité. Ici, tout est exactement comme dans la réalité (...)".
Le tournage de Fair Game s'est déroulé dans cinq pays différents, à savoir aux États-Unis, en Égypte, en Jordanie, en Malaisie et en Irak. Dans ce dernier pays, Doug Liman s'est rendu dans des lieux stratégiques équipé d'un gilet pare-balles pour plus de sécurité.
Sean Penn et Naomi Watts ont longuement communiqué avec Joe Wilson et Valerie Plame Wilson avant le tournage afin de s'imprégner des personnages qu'ils étaient. Ces derniers se sont dit impressionnés par la prestation livrée par les acteurs, qui étaient devenus leurs doubles parfaits.
Doug Liman avait déjà travaillé avec les frères Butterworth sur Mr. & Mrs. Smith. Il n'a pas hésité une seconde avant de faire appel à eux pour Fair Game. "Cette fois, c'étaient les vrais Mr. et Mrs. Smith (...)", s'extasie-t-il à propos de Valerie Plame et Joe Wilson.
Quand ils ont été engagés, les scénaristes, qui sont britanniques, n'avaient jamais entendu parler de Valerie Plame Wilson et ne possédaient que des notions générales sur le système politique américain.
Lorsque les scénaristes Jez Butterworth et son frère John Butterworth se sont mis en quête d'informations pour l'écriture du film, ils ont rencontré un nombre incroyable d'interdictions et de restrictions. Ils n'ont notamment pas pu accéder aux mémoires non publiées de Valerie Plame Wilson avant que celles-ci aient été revues et corrigées par la CIA.
Fair Game s'inspire de faits réels, et plus précisément de l'affaire Plame-Wilson qui s'est déroulée entre 2002 et 2007 autour de la guerre en Irak.
Sean Penn et Naomi Watts se retrouvent ici pour le troisième fois au cinéma. Ils avaient déjà tourné ensemble dans 21 grammes, ainsi que dans The Assassination of Richard Nixon, film dans lequel ils incarnaient aussi un couple.
Projeté au festival de Cannes 2010, Fair Game était le seul film américain en compétition officielle cette année.
Au départ, Nicole Kidman et Russell Crowe avaient été pressentis pour le film. Une rumeur avait également cité le nom de Simon Baker.