Ce film est le deuxième long métrage d'Alexandre Aja après Furia (2000).
Alexandre Aja et Grégory Levasseur se sont connus sur les bancs du lycée et n'ont cessé depuis de travailler ensemble. Ils ont collaboré au court métrage Over the Rainbow, à Furia, au scénario de Entre chiens et loups et enfin à Haute Tension. Grégory Levasseur dit à ce sujet : "Nous nous connaissons depuis assez longtemps pour nous compléter parfaitement. Les scénarios s'écrivent à deux, puis Alexandre s'occupe de la réalisation et moi je me consacre à la direction artistique du film."
Alexandre Aja et Grégory Levasseur souhaitaient faire un film d'épouvante dans la lignée de Evil dead, Massacre à la tronçonneuse, Shining, Maniac ou encore Halloween, La Nuit des masques. Pour le réalisateur : "Aujourd'hui, la plupart des films d'horreur fonctionnent sur le mode ironique, on tourne le genre en dérision tout en utilisant ses ficelles, comme si plus personne ne l'assumait. Pour notre part, nous souhaitions retourner à la source, plonger le spectateur dans un vrai "survival", une expérience au sens propre du terme."
Les deux comédiennes Cécile de France et Maïwenn ont dû tourner des scènes très physiques, la nuit et par très basses températures, le plus souvent en pyjama, pieds nus et avec du faux sang collé sur le corps. Ce qui fait dire à Maïwenn :"Si les gens dans les salles ont aussi peur que nous avons eu froid, alors ils vont hurler!"
C'est Philippe Nahon qui joue le rôle du tueur. Il a été repéré par Alexandre Aja dans Seul contre tous de Gaspar Noé. Le comédien a d'abord hésité à endosser à nouveau un rôle aussi noir mais le réalisateur l'a convaincu.
La comédienne Cécile de France a suivi une préparation physique avant le tournage. Elle a été coachée pendant deux mois par l'ancien champion de boxe thaï amateur Edouard Nikitine.