Voyage vers la Lune est réalisé conjointement par Glen Keane et John Kahrs. Glen Keane a reçu l'Oscar du Meilleur court-métrage d'animation en 2018 pour Dear Basketball, tiré d'un poème du joueur de basket Kobe Bryant. John Kahrs a également remporté l'Oscar du Meilleur court métrage d'animation pour le film en noir et blanc Paperman en 2013.
Les réalisateurs Glen Keane et John Kahrs ont tous les deux été directeur de l'animation sur le film Disney, Raiponce en 2010.
Voyage vers la Lune s'inspire de la légende de Chang'E, la déesse de la Lune. Ce personnage est issu de la mythologie chinoise, elle est l'épouse de l'Archer Céleste Yi, tué par un de ses élèves jaloux. Après avoir avalé une pillule d'immortalité rapportée par Yi, Chang'E s'est réfugiée sur la Lune et y vit seule.
Le film est écrit par la scénariste Audrey Wells à qui l'on doit Entre chiens et chats, George de la jungle, Shall we dance ? et l'adaptation de The Hate U Give - La Haine qu'on donne. Décédée en 2018, Voyage vers la lune est son dernier film. Ce dernier lui est d'ailleurs dédié.
Le film est produit par Netflix et par Pearl Studio, la branche orientale de Dreamworks. Fondé en 2012 par Dreamworks Animation, Pearl Studio a co-produit Kung Fu panda 3 et Abominable, dont l'action se déroule en Chine. Voyage vers la Lune est leur première collaboration avec un autre studio que DreamWorks Animmation.