Le film a été en partie produit via la propre société de Henri-Georges Clouzot, Vera Films. Le nom de cette société a bien évidemment été donné en hommage à Vera Clouzot, la femme du réalisateur.
Le prix Louis Delluc fut décerné en 1954 aux Diaboliques de Henri-Georges Clouzot. Fondé en 1937 par Maurice Bessy, le prix Louis Delluc porte le nom d'un des premiers critiques de cinéma et est considéré comme le Goncourt du septième art.
Les deux acteurs Paul Meurisse et Simone Signoret s'étaient déjà rencontrés à deux reprises, la première fois en 1946 pour le drame Macadam puis en 1948 pour Impasse des Deux-Anges de Maurice Tourneur. Après Les Diaboliques en 1955, ils tourneront une dernière fois ensemble sous la direction de Jean-Pierre Melville dans L'Armée des ombres (1969).
Henri-Georges Clouzot a tenu à entourer le tournage des Diaboliques du plus grand secret. Aucun journaliste n'a été convié sur le plateau. Leur présence était totalement interdite.
Vera Clouzot, comédienne d'origine brésilienne, n'a joué que dans trois films, trois longs métrages de son mari Henri-Georges Clouzot, dont Les Diaboliques en 1955. Son mari la dirigea pour la première fois en 1953 à l'occasion du Salaire de la peur, puis en 1957 pour Les Espions. Elle mourut quelques années plus tard, en 1960, succombant à une attaque cardiaque, tout comme le personnage de Christina Delasalle dans le film.
Le scénario des Diaboliques est basé sur un roman du célèbre tandem Pierre Boileau et Thomas Narcejac. Le roman était intitulé Celle qui n'était plus, et était le premier issu de leur collaboration.
Une jeune vedette faisait ses premiers pas artistiques devant la caméra d'Henri-Georges Clouzot. A l'âge de 12 ans, Johnny Hallyday faisait de la figuration en tant qu'un des élèves de l'institut dans Les Diaboliques.
Henri-Georges Clouzot savait que toute la richesse de son film reposait sur la puissance de la surprise finale. Pour en préserver au maximum les effets et ainsi intriguer les Français, il exigeait que les portes des salles soient fermées dès le commencement de la séance (une idée que reprendra Alfred Hitchcock pour Psychose en 1960), tandis qu'un carton avertissait les spectateurs de ne rien dévoiler du dénouement à leurs proches pour ne pas gâcher leur plaisir. Clouzot fut ainsi le premier à organiser ce genre de campagne promotionnelle qui faisait naître la curiosité du futur spectateur, idée devenue depuis très commune (Sixième Sens, The Usual suspects, 8 femmes, Scream...).
Parmi les jeunes élèves de l'institut des figuraient Georges Poujouly et Yves-Marie Maurin. Le premier est connu pour avoir joué le petit garçon des Jeux interdits, le second est le frère de Patrick Dewaere.
Alfred Hitchcock avait manifesté son plus vif intérêt pour le roman de Boileau/Narcejac dont est tiré le scénario des Diaboliques, il avait d'ailleurs tenté à l'époque d'en acquérir les droits. Les deux auteurs lui écriront spécialement le roman "D'Entre les morts", avec lequel Hitchcock signera le chef-d'oeuvre Sueurs froides.
Le personnage de la vénéneuse Nicole Horner permit à l'actrice Simone Signoret de confirmer son statut de star auprès du public français. La comédienne était en effet devenue l'une de ses favorites grâce à Casque d'or (1952), puis en incarnant Therese Raquin en 1953.
L'acteur Paul Meurisse a souffert lors du tournage des Diaboliques. Henri-Georges Clouzot a en effet obligé le comédien a resté pendant une journée immergé dans une baignoire d'eau froide pour une courte séquence. L'acteur a également dû jouer certaines scènes d'extérieur avec des glaçons dans la bouche, et ceci afin d'éviter de former de la buée. La légende voudrait de plus que le poisson censé être avarié que mangent les acteurs l'était réellement. C'est à partir de ce film qu'est né la légende selon laquelle Clouzot était un réalisateur tyrannique sur ses plateaux.
Les Diaboliques fut le dernier film qui devait rejoindre Noël Roquevert face à la caméra de Henri-Georges Clouzot. Second rôle marquant de ses films, l'acteur a joué sous sa direction pour la première fois en 1942 pour L'Assassin habite au 21, puis l'année suivante pour Le Corbeau. Leur troisième collaboration date de 1949 et Retour à la vie.
Les Diaboliques connaîtra les honneurs d'un remake, intitulé Diabolique, avec Sharon Stone et Isabelle Adjani dans les rôles principaux. Ayant eu toutes les pires difficultés à voir le jour à cause d'un contentieux avec les drois détenus par la veuve de Henri-Georges Clouzot, le film respecte en tout point l'intrigue de son original, si ce n'est que le personnage du commissaire joué Charles Vanel est devenue une femme, interprétée par Kathy Bates.
Les Diaboliques marque la seconde collaboration entre le réalisateur Henri-Georges Clouzot et l'acteur Charles Vanel. Rencontrés en 1953 sur la route chaoteuse du Salaire de la peur, ils ne se retrouveront une troisième fois qu'en 1960 à l'occasion du drame La Vérité, puis une dernière fois en 1968 pour La Prisonnière, Charles Vanel interprétant un petit rôle d'invité au vernissage de Stanislas Hassler.