Le scénario de Frank est inspiré de la vie de Frank Sidebottom, personnage créé par le chanteur et musicien britannique Chris Sievey, appartenant au groupe Sonorfbps. Celui-ci avait inventé une tête en papier mâché lui permettant de se camoufler le visage autant dans sa vie privée, que lors des représentations de son groupe. Le chanteur n'était pas le seul artiste à se cacher derrière un masque, puisque de nombreux groupes ont préféré garder le mystère tels que les Daft Punk, les Stupeflip, les Slipknot ou bien encore Kiss.
Sur le tournage, la tête en papier mâché que portait Michael Fassbender ne lui permettait pas de voir ses partenaires de jeu. De plus, au niveau sonore, l'imposante tête accentuait la réverbération de sa propre voix et diminuait le volume des voix extérieures, ce qui était difficile à gérer pour l'acteur. Il explique cependant qu'il avait déjà pratiqué la comédie avec un masque lors de ses premières années de théâtre. Il précise : "(...) pendant mes cours d’art dramatique, j’ai fait de la Commedia dell’arte où j’ai appris à jouer avec un masque, à donner la réplique à un autre comédien sans le voir. Pour Frank, il fallait que je trouve le ton juste."
À l’origine, Johnny Depp, lui qui adore changer d’apparence dans ses films, devait incarner le célèbre Frank. C'est finalement Michael Fassbender, l’acteur germano-irlandais qui a été appelé pour le remplacer. Le choix d'un comédien connu pour figurer sous un masque est expliqué par le réalisateur comme étant une nécessité afin d'éviter que les spectateurs ne passent à côté du film en se demandant qui se cache sous cette énorme tête de papier.
Le tournage de Frank s'est déroulé dans le comté de Wicklow, à Dublin et au Nouveau-Mexique. Au départ l'histoire devait être tournée en Suède, mais le réalisateur Lenny Abrahamson se sentait davantage à son aise en Irlande, puisqu'il y est né.
Interpréter un personnage qui porte un masque constamment a demandé à Michael Fassbender un entraînement particulier pour apprendre à s'isoler des autres. C'est pourquoi le comédien a joué aux échecs plusieurs semaines avant de débuter le tournage. De plus, l'acteur a fait des recherches auprès de sa soeur qui est neuropsychologue de métier afin de comprendre quel comportement il devait adopter face à ce personnage quelque peu tourmenté.
La musique jouée par les comédiens dans le film a été enregistrée en prises directes, il n'y a pas eu de doublage. Pour cela, les acteurs ont eu des répétitions pendant 3 semaines avant le début du tournage. Ainsi, ils ont passé beaucoup de temps en compagnie du compositeur Stephen Rennicks afin de s'imprégner de l'ambiance musicale du long-métrage.
L'acteur Michael Fassbender rêvait d'interpréter un leader d'un groupe de musique depuis qu'il était adolescent. À l'âge de 17 ans, il possédait même son propre groupe où il occupait la place de chanteur. Dans Frank, il réalise ici son rêve. Il ajoute "(...) pour la scène où je chante "I love you all", je me suis surpris à voler des choses à Jim Morrison ou John Lydon selon les prises... J’ai toujours adoré la musique. Il y en a toujours eu autour de moi."
Pour la promotion de Frank, Michael Fassbender a souhaité porter la tête en papier mâché du personnage qu'il interprète dans le film. De plus, ce dernier a voulu la garder durant la totalité du talk show, mais la production de l'émission a pris peur car il fallait que les spectateurs puissent voir le visage du célèbre comédien, afin d'éviter une chute des audiences. Par ailleurs, tous les acteurs se sont réunis pour réinterpréter l'une des chansons du groupe. La fiction devenait alors réalité.
Pour rendre hommage au groupe Sonorfbps, le film a été présenté à SXSW (South by Southwest, un festival réunissant musique, cinéma et médias interactifs se déroulant à Austin aux Etats-Unis), là où le groupe s'est produit pour la première fois.
Frank a été nominé dans la sélection "Premières" du Festival du film de Sundance en 2014.