La plupart des scènes se déroulant aux Etats-Unis ont été tournées à Montréal et ses environs. Les séquences olympiques ont quant à elles été filmées au Stade olympique de Berlin (où Jesse Owens a décroché ses médailles) créé pour les Jeux de 1936. L'équipe de tournage n'a cependant pas pu poser ses caméras dans la résidence berlinoise où Owens a séjourné pendant les Jeux car elle a été reconvertie en un musée consacré aux exploits de l’athlète.
A l'origine, un certain John Boyega était pressenti pour jouer Jesse Owens mais laissa tomber le projet pour se consacrer à son rôle dans Star Wars - Le Réveil de la Force.
Pour trouver l'interprète de Jesse Owens, la production a étendu ses recherches au Royaume-Uni, aux Etats-Unis, au Canada et dans des pays non anglophones jusqu'à tomber sur Stephan James. L'acteur est d'origine canadienne et avait récemment joué le militant des droits civiques et député John Lewis dans Selma porté par David Oyelowo.
Stephan James a dû travailler avec un coach spécialiste d’athlétisme pour s’approprier le style de Jesse Owens. La tâche n'a pas été évidente comme le comédien est à la base sportif et par conséquent avait une manière de courir bien à lui. Stephan James a également suivi les conseils des filles et petites-filles du coureur tout au long du tournage.
A 40 ans, Jason Sudeikis, star de la comédie US, trouve dans La Couleur de la victoire son premier rôle dans un film dramatique. Il s'agit de Larry Snyder, l'homme qui a entraîné de manière très rigoureuse le sprinteur Jesse Owens.
Les filles de Jesse Owens ont rapidement donné leur accord pour la réalisation du film après la lecture du scénario. Elles se rendaient par ailleurs souvent sur le plateau de tournage dans le but d’apporter des renseignements permettant aux membres de l'équipe de mieux cerner l’homme qu’était Jesse Owens.
Comme il existe très peu d'informations sur l'entraîneur Larry Snyder, son interprète Jason Sudeikis s'est inspiré de Gene Hackman dans Le Grand défi (1986) et Kevin Costner dans Duo à trois (1988). Deux personnages d'entraîneur (le premier de basket et le second de baseball) chargés de prendre en main une équipe.
La Couleur de la victoire est le premier film sur l'athlète Jesse Owens et a été réalisé avec le soutien de la Jesse Owens Foundation et de la famille d’Owens, d’un groupe d’investisseurs et d’amis passionnés de sport tels que Solly Azar, Jean Eichenlaub, Christophe Charlier ou encore Morgan Menahem.
Comme l’histoire de Jesse Owens est très complexe, les scénaristes se sont centrés sur les deux périodes les plus riches de sa vie : celle où il est entré à l'Ohio State University en 1934 et celle de ses triomphes aux Jeux olympiques de Berlin où le sprinteur a humilié Hitler en remportant quatre médailles d'or.
Si La Couleur de la victoire dépeint le parcours d'un sportif, il s'agit également d'un film social et politique. "Pour que le spectateur comprenne vraiment la dimension exceptionnelle des exploits du protagoniste, il a fallu qu’on contextualise le film sur un plan historique. Les gens ne savent pas forcément que les Jeux ont bien failli ne jamais avoir lieu, ou en tout cas sans la participation des Etats-Unis. Quoi qu’il en soit, les J.O. de Berlin sont les derniers qui se sont produits avant la fin de la guerre. Le monde était alors en pleine mutation", raconte le scénariste Joe Shrapnel.
Le Canadien Hank Palmer, finaliste olympique en 2008, a aidé Stephan James à s'entraîner, l'a doublé pour les besoins de certaines scènes et a même joué son frère Quincy.
Peter Levy a choisi une palette plus douce et des tons sépias pour les décors américains. "Comme le film se déroule pendant la Grande Dépression, j’ai réduit au minimum les éclairages intérieurs car les gens veillaient à limiter leur consommation électrique", explique le directeur de la photographie. Au contraire, lorsque Jesse Owens accomplit son exploit en Allemagne, le directeur de la photographie a opté pour des ombres portées et une esthétique plus stylisée.
Le méconnu Adrian Zwicker s'est glissé dans la peau d'Adolf Hitler pour les besoins du film. Il rejoint ainsi la liste des comédiens ayant campé le tristement célèbre dictateur à l'instar de Bobby Watson, Richard Basehart, Alec Guinness, Léonid Mozgovoï, Noah Taylor ou encore Bruno Ganz (pour ce qui est des films où Hitler est le personnage principal).
Stephan James est habitué à se glisser dans la peau de diverses figures de l’histoire des Noirs américains. Hormis Jesse Owens, il a été le militant des droits civiques et député John Lewis dans Selma, T.K. Kelly, meilleur demi-offensif junior des Etats-Unis dans When The Game Stands Tall, ou encore Cummings Shakspear dans la mini-série The Book of Negroes qui raconte le parcours d’Aminata Diallo sur fond de commerce des esclaves et de Révolution américaine.