Après sa séparation avec l'actrice Sophie Marceau en 2002, Andrzej Zulawski n'a plus donné de nouvelles cinématographiques. Son dernier film était La Fidélité, sorti en l'an 2000 et décrivant la relation d'une photographe avec un homme plus jeune qu'elle, incarné par Guillaume Canet. C'est donc 15 ans plus tard que sort enfin Cosmos, son 13ème long-métrage. Fuyant un cinéma duquel il ne tirait plus de satisfaction, le cinéaste écrivit plus d'une dizaine de livres.
Le tournage du film eut lieu de la mi-novembre à la fin décembre 2014, soutenu par un fond bilatéral encourageant spécifiquement les productions établies entre la France et le Portugal. En effet, on retrouve derrière Cosmos Leopardo Filmes (société portugaise) et Alfama Films, entreprise du célèbre Paulo Branco.
Cosmos est adapté du livre du même nom, écrit par Witold Gombrowicz entre 1961 et 1964. Considéré comme sulfureux, il fut interdit en Pologne jusqu'en 1986, où il est paru dans un recueil de l'auteur. Bien que le livre ait marqué Andrzej Zulawski en plein régime soviétique répressif, c'est Paulo Branco qui vint proposer au cinéaste une adaptation cinématographique, 14 ans après leur dernière collaboration sur La Fidélité, déjà librement adapté de La Princesse de Clèves de Madame de la Fayette. L'univers du livre, situé en Pologne en 1939 dans une famille bourgeoise, a été transposé à ce qui ressemble à notre monde contemporain.
Andrzej Zulawski retrouve ici le rythme enlevé et les tourments vifs des personnages qui ont fait sa renommée. Selon lui, c'était à la fois pour rester fidèle au surréalisme du livre et à son besoin personnel de ne pas s'ennuyer que le cinéaste conçut son film comme une partition musicale rapide et énergique, emplie d'éléments se contredisant.
Andrzej Zulawski a choisi ses acteurs un par un : Jonathan Genet fut découvert par le cinéaste lors d'une de ses tournées en Province. Victória Guerra fut conseillée par John Malkovich, à qui elle a donné la réplique dans Les Lignes de Wellington et Casanova Variations. Le cinéaste ne partagea pas de répétitions avec ses acteurs, confiant qu'il préfère travailler dans leur exigence. Il expliqua même avoir eu le soutien de Sabine Azéma, qui organisa d'elle-même des lectures de texte avec toute l'équipe chaque veille de tournage.
Bien que Zulawski ait souhaité respecter au mieux l'écriture singulière de Gombrowicz, il n'a pas hésité à glisser quelques ajouts répondant de manière personnelle à l'auteur. La présence allusive de Sartre agit comme une pique de la part du réalisateur, celui-ci ayant expliqué le détester. A l'opposé, il perçoit Gombrowicz comme un romanesque et choisit la figure de Stendhal comme pinacle de ce mouvement.
Cosmos a remporté le prix de la mise en scène au festival de Locarno 2015, lieu central du cinéma dit d'auteur.