Le tournage de Heaven fut pour l'actrice d'origine australienne Cate Blanchett l'occasion de donner une nouvelle fois la réplique à Giovanni Ribisi après que les deux comédiens se sont rencontrés en 2000 pour le film fantastique Intuitions, de Sam Raimi.
Heaven fut présenté en avant-première mondiale lors de la soirée d'ouverture du 52e festival international de Berlin, festival où avait été consacré Le Voyage de Chihiro de Hayao Miyazaki et Bloody Sunday de Paul Greengrass.
Harvey Weinstein, président du studio indépendant américain Miramax, s'est tout d'abord tourné vers Anthony Minghella, à qui l'on doit Le Patient anglais (un des plus gros succès du studio) pour réaliser Heaven. Bien que celui-ci ait aimé le scénario, le cinéaste britannique a refusé, préférant mettre en scène ses propres scénarios, mais tout en restant producteur exécutif du projet. Miramax, qui coproduit le film avec la société X Filme Creative Pool, s'est donc tourné vers l'un des membres de ce collectif de réalisateurs allemands, Tom Tykwer, qui a connu un énorme succès aux Etats-Unis grâce au film Cours, Lola, cours ! (7 millions de dollars de recettes sur le sol américain pour un film étranger).
Heaven est la première partie filmée d'un projet de trilogie intitulé Ciel, Enfer et Purgatoire, du scénariste Krzysztof Kieslowski. Heaven est la seule partie de la trilogie pour laquelle Kieslowski a écrit un scénario, avant que celui-ci ne meurt en 1996 des suites d'une brutale crise cardiaque, à 54 ans.
Tom Tykwer a décidé de conserver les décors extérieurs italiens du script original. Il explique pourquoi : "C'est encore une des choses qui m'est apparue totalement évidente (...). Ca a quelque chose à voir avec une présence spirituelle dans le pays. Où, mieux qu'en Italie, peut-on situer le rapport à la théologie et à la transcendance du film – surtout dans une ville comme Turin dont la géométrie est si troublante et qui, en même temps, a toujours été un centre de l'occulte et des cultes du monde, avec une incroyable variété de croyances".
C'est la première fois dans sa carrière que Tom Tykwer tourne un film avec des acteurs étrangers (l'Australienne Cate Blanchett, l'Américain Giovanni Ribisi) dans un pays étranger (l'Italie) et dans des langues étrangères (anglais et italien).
Tom Tykwer explique les motivations qui l'ont poussé, à la lecture du scénario d'Heaven, a accepté ce projet : "Quand je lis le scénario de quelqu'un d'autre, l'idéal est de le lire comme si j'avais pu l'écrire – ou mieux encore, comme si j'avais souhaité l'écrire moi-même. Mais je n'avais jamais éprouvé cela (...). Bien sûr, Heaven m'a particulièrement intéressé dès le départ, parce que je connaissais les auteurs et que j'avais beaucoup d'admiration pour eux. Mais c'est quelque chose que j'ai oublié dès que j'ai lu trois pages, et cela a été le facteur décisif. Je me suis immergé dans le scénario comme si il avait été de moi".