Joe Penna s'est fait connaître dix ans avant Arctic grâce à sa chaîne YouTube "MysteryGuitarMan" consacrée à la musique expérimentale et aux courts-métrages. Elle totalisait près de trois millions d’abonnés et plus de 400 millions de vues.
Pour le réalisateur, il était impératif de ne raconter l'histoire qu'à travers l'instant présent. Ainsi, le film ne comporte pas de flash-back et aucun indice n'est donné sur la vie du héros, à l'exception de son métier de pilote. Le personnage n'est pas en quête de rédemption mais n'est mû que par l'instinct de survie : "La personnalité de notre héros transparaît uniquement par les décisions qu’il prend face aux difficultés qu’il rencontre. [...] Son isolement radical peut sembler terrifiant pour lui (et pour nous), mais il a trop à faire pour prendre le temps de s’apitoyer sur lui-même. Sa patience et sa détermination sont ses plus grands atouts".
Filmé en Islande, Arctic est, de l'aveu de Mads Mikkelsen (qui a perdu 8 kg pour le rôle), le tournage le plus éprouvant de sa carrière. L'équipe s'est confrontée à des vents violents, des tempêtes de neige, une pluie glaciale et du matériel coincé dans la neige. Le réalisateur se souvient : "Tout au long du tournage, les conditions météorologiques changeaient toutes les heures, anéantissant la continuité de nos prises. Malgré ces conditions extrêmes, l’équipe a fait preuve de courage. Mads particulièrement".
La scène de l'ours a été tournée en deux fois. L'équipe s'est rendue compte en effet qu'il serait trop dangereux de confronter Mads Mikkelsen à l'animal, malgré la présence d'un dresseur sur le plateau. Aussi l'ours a-t-il été filmé seul de son côté puis Mikkelsen a tourné la séquence face à un acteur islandais déguisé.
Joe Penna a eu l'idée d'Arctic deux ans plus tôt, en découvrant une image de Mars, version habitable. Il s'est alors demandé comment quelqu'un pourrait survivre dans un environnement hostile. Mais l'absence d'oxygène limitait le récit et le réalisateur a décidé de le déplacer dans le cercle arctique.
"Arctique" vient du grec "arktos", qui signifie "ours", en référence à la constellation de la Grande Ourse qui se situe au-dessus du pôle Nord.