Le tournage du film a débuté en 2000 et s’est achevé en 2006. S’en suivirent de longues années de post-production où le réalisateur travailla sur le son. Aleksey German est décédé en février 2013 avant que celui-ci ne puisse finir le film. Le long métrage fut finalement achevé par sa compagne Svetlana Karmalita et leur fils Alexeï A.Guerman.
La ville fictive d’Arkanar fut construite dans les alentours du château de Tocnik en République Tchèque. Les scènes du pavillon furent tournées à Moscou.
Le film est l’adaptation du roman de science-fiction Il est difficile d’être un dieu écrit par les frères Arkady Strugatsky et Boris Strugatsky en 1964. Le roman avait déjà été adapté en 1991 avec Un dieu rebelle, film germano-franco-soviétique réalisé par Peter Fleischmann.
Le réalisateur russe Alexeï Guerman avait déjà tenté d’adapter au cinéma l’œuvre des frères Arkady et Boris Strugatsky Il est difficile d’être un dieu en 1968 lorsqu’il résidait en Tchécoslovaquie. Mais l’invasion du pays par les troupes soviétiques l’en avait alors empêché. Le cinéaste avait alors voulu retenter l’expérience durant les années 80 au moment de la prise de pouvoir de Mikhaïl Gorbatchev. Néanmoins, il réalisa que cela n’était pas d’actualité car c’était une époque pleine d’espoir : "Au tout début de l’ère gorbatchévienne, ce n’était pas difficile d’être un dieu, en tout cas c’est ce qui nous semblait". C’est finalement en 2000 que le projet prit forme.
Le réalisateur Alexeï Guerman retrouve une nouvelle fois certains de ses collaborateurs qui sont à ses côtés depuis longtemps. En effet, le directeur de la photographie Vladimir Ilyin travaille avec le cinéaste depuis 12 ans et l’ingénieur du son Kolia Astakhov depuis 20 ans.
Alexeï Guerman a choisi de tourner son film en noir et blanc car cela permet davantage de "nuances". Le cinéaste justifie également ce choix car : "En plus, dans le cinéma en couleurs, les visages sont roses et il me semble qu’il est impossible d’obtenir un bon portrait."
Selon sa compagne Svetlana Karmalita, également co-scénariste du film, Guerman avait choisi d’adapter ce roman car il y avait trouvé dans les années 60 "l’incarnation de sa conception et de sa vision de la vie sociale en Union Soviétique". En effet, Svetlana Karmalita précise que "Alexeï Guerman appartenait à cette partie de l’intelligentsia qui se faisait encore des illusions sur la possibilité d’une évolution libérale et démocratique."
Dans le film, l’intrigue est reléguée au second plan au profit de la mise en valeur de l’environnement qui entoure les personnages. Svetlana Karmalita explique cela car "son mari s’est intéressé de plus en plus à dépeindre le monde qui entoure les protagonistes. Il a toujours pensé qu’on ne pouvait comprendre un personnage, les raisons et l’origine de ses actions et de ses émotions, sans se pencher sur l’environnement et la réalité qui l’entourent."
Pour les figurants du film, le réalisateur Alexeï Guerman a effectué des recherches dans divers établissements publics ou non tels que des bureaux, des hôpitaux et des théâtres. Sa femme Svetlana Karmalita précise que "Selon Alexeï, un acteur sans expérience capable d’exprimer de profondes émotions humaines devant la caméra est un acteur par nature qui ne s’en est jamais aperçu".
La plupart des prises de vue en extérieur ont été filmées en République Tchèque autour de nombreux châteaux et décors médiévaux. Les scènes d’intérieurs ont été tournées à Saint-Pétersbourg en Russie où des plateaux de décors furent construits dans les studios Lenfilm.