Frances McDormand était réticente à incarner le personnage de Mildred Hayes ; à l'époque, l'actrice était âgée de 58 ans et se trouvait trop vieille pour le rôle. Après de nombreuses discussions avec son mari, le réalisateur Joel Coen, Frances a fini par accepter, déclarant avec humour que le cinéaste lui avait dit : "Tais-toi et fais-le !"
3 Billboards a été tourné à Sylva, une petite ville montagnarde de l'ouest de la Caroline du Nord.
3 Billboards est le 3ème long-métrage du cinéaste britannique Martin McDonagh après Bons baisers de Bruges et 7 Psychopathes.
Woody Harrelson et Frances McDormand ont déjà tourné ensemble dans L'affaire Josey Aimes en 2005. Par ailleurs, Martin McDonagh retrouve les acteurs Abbie Cornish, Sam Rockwell, Zeljko Ivanek et Woody Harrelson, tous présents dans 7 Psychopathes.
Le bandana que porte Mildred alias Frances McDormand dans 3 Billboards est un hommage de Martin McDonagh à un de ses films préférés, Voyage au bout de l'enfer de Michael Cimino. En effet, les personnages de Robert De Niro et Christopher Walken portent des bandanas similaires dans le film.
Le tournage était très détendu sur le plateau de 3 Billboards dans la petite ville de Sylva. Tellement détendu que les acteurs n'hésitaient pas à se mêler à la population venue assister aux prises de vues, prenant des selfies et signant des autographes. Même le bourru Woody Harrelson s'est laissé prendre au jeu, improvisant au passage un morceau à la guitare dans la boutique de musique locale.
Le comédien Sam Rockwell a dû porter du rembourrage pour apparaître plus gros à l'écran dans la peau du personnage de Jason Dixon.