A l’ origine, le co-réalisateur de Mission Blue, Fisher Stevens, avait été missionné pour filmer un voyage de Sylvia Earl en 2009 dans les îles Galapagos pour une conférence TED. Mais le réalisateur, passionné de plongée, a eu envie d’aller plus loin, notamment lorsqu’il l’a revue à Berkeley et y a découvert une boîte d’archives de l’ensemble de ses films sous- marins. Il s’est alors pris de passion pour la célèbre océanographe américaine et a voulu en apprendre davantage sur son parcours. Pour les besoins du documentaire, il la filmera durant trois ans.
Quand l’équipe de Netflix visionne pour la première fois le documentaire à Berlin, elle reste sur sa fin, tant visuellement que musicalement. Grâce à de nouvelles aides financières et à une lettre de Leonardo DiCaprio envoyée à la chanteuse Florence Welch du groupe de pop anglaise Florence + The Machine, le documentaire obtient son grand final, porté par le morceau "Never Let Me".
Mission Blue est dédiée à Mike DeGruy, réalisateur américain spécialisé dans les films aquatiques, disparu le 4 février 2012 dans un accident d’hélicoptère en Australie. Dans le documentaire, il apparaît à de nombreuses reprises aux côtés de Sylvia Earl.