Juliette Binoche et Olivier Assayas connurent une histoire similaire à celle de la principale protagoniste du film puisque le premier propulsa la seconde. En effet, le réalisateur rencontra la comédienne pour son deuxième rôle au cinéma, alors qu'il écrivait avec André Téchiné le scénario du film, son tout premier, Rendez-vous (1984), qui était déjà une mise en abyme de la carrière d'actrice. Binoche avait alors tout juste vingt ans et tenait la tête d'affiche du film. Elle ne retrouva le scénariste, depuis devenu réalisateur, qu'en 2007, dans L'Heure d'été et a eu, par la suite, l'intuition d'un film, selon Assayas "resté virtuel et qui renverrait pour l’un comme pour l’autre à l’essentiel" qui se baserait sur leur histoire commune. C'est sur ce point de départ qu'il écrivit le scénario de Sils Maria.
Kristen Stewart fut le premier choix de la production pour jouer Valentine. Mais pour des raisons d'emploi du temps, la production se tourna vers Mia Wasikowska. Finalement, Stewart se rendit disponible et décrocha le rôle. Daniel Brühl a de son côté été pressenti pour le rôle de Klaus Diesterweg, mais il a abandonné en raison de la promotion de Rush. C'est Lars Eidinger qui héritera par la suite du rôle.
Retour sur la Croisette pour Olivier Assayas après Demonlover (sélection officielle en 2002), Clean (prix d'interprétation féminine pour Maggie Cheung en 2004) et Carlos (présenté hors compétition en 2010). Sils Maria ne remporta cependant rien pour la 67ème édition du festival de Cannes et dut laisser la Palme d'or tant convoitée à Sommeil d'hiver, de Nuri Bilge Ceylan.
Olivier Assayas s'intéressa pour son film au phénomène météorologique des nuages de l'Engadine, sorte de bande nuageuse se déversant dans la vallée homonyme en Suisse. Déjà, en 1924, à l’aube du cinéma, Arnold Fanck, l’un des pionniers de la photographie alpine, a filmé cet étrange Phénomène nuageux de Maloja. Le réalisateur y voit un style graphique jouant des pleins et des vides à la manière de la peinture chinoise.
Le serpent de Maloja est un étirement en bande de nuages bas qui peut s'observer durant l'automne. Il s'allonge de Sils Maria à Silvaplana et jusqu’à St Moritz et laisse encore aujourd'hui les spécialistes stupéfaits de sa conséquence : les vents de l'Engadine, vents de nuit à courant descendant mais s'observant en plein jour.
Wilhem Melchior, le metteur en scène à qui le personnage de Juliette Binoche doit sa carrière dans le film, est un véritable dramaturge, allemand de naissance puis naturalisé suisse. Sa carrière très hétérogène, entre le cinéaste, le poète et le botaniste, l'amena à filmer le "Maloja Snake" en tant qu'élément à la fois réel et à fort potentiel imaginaire de la Suisse qu'il dépeint dans ses oeuvres. Avant lui, Arnold Franck, alpiniste et opérateur de profession, avait déjà filmé les grands sommets du monde, et s'était fait connaître en inventant le genre "film de montagne" dans le courant des années 20. On retrouve dans ce type d'oeuvre l'actrice Leni Riefenstahl, souvent en couple avec Luis Trenker : dans "La Montagne sacrée" (1926), Le Grand saut (1927), Le Stade blanc (1928), "L’Enfer blanc du Pitz-Palü" (1929), coréalisé avec G.W. Pabst et qui lui vaudra son premier succès international, "Tempête sur le Mont-Blanc" (1930) et "L’Ivresse blanche" (1931).
Tom Sturridge était à l'origine prévu pour incarner Christopher Giles. Il préféra laisser sa place pour jouer dans "Effie Gray", de Richard Laxton. Le rôle fut finalement pris par Johnny Flynn. De son côté, Bruno Ganz était apparemment prévu pour auditionner le rôle d'Henryk Wald, mais il ne fut finalement jamais impliqué dans le projet. Il jouera cependant dans In Order of Disappearance, d'Hans Petter Moland, alors qu'Hanns Zischler prenait sa place dans Sils Maria.
L'un des morceaux du film, "Kowalski", est joué par le groupe de rock écossais Primal Scream et fut écrit par ses membres Bobby Gillespie, Andrew Innes, Robert Young, Martin Duffy, et Gary Mounfield. On leur doit également, entre autres, un titre du Dernier pub avant la fin du monde ("Loaded") ainsi qu'un autre de Kick-ass ("Can't go back").