Pour une meilleure préparation, Steve McQueen, fan de courses automobiles, participa aux Douze Heures de Sebring en mars 1970, en tant que coéquipier de Peter Revson, sur Porsche 908.
Au départ, Steve McQueen devait être le partenaire du pilote Jackie Stewart, mais les assurances refusèrent sa participation à la course automobile. L'acteur n'en fit qu'à sa tête et décida tout de même d'être dans le coeur de l'action.
Contrairement à Steve McQueen qui voulait privilégier l'aspect documentaire, la chaîne CBS, qui finançait le film, voulait une histoire dramatique pour tenir les spectateurs en haleine. John Sturges, d'abord pressenti comme réalisateur, souhaitait faire commencer l'action trois ou quatre jours avant la course, alors que l'acteur désirait la faire débuter une quinzaine de minutes avant la compétition.
Le tournage du Mans a débuté sans scénario, avec pour but de filmer seulement la course. Trois écrivains, parmi lesquels Harry Kleiner et l'expert automobile de Playboy Ken Purdy, travaillèrent à l'écriture du script dans une roulotte de Solar Productions, campement improvisé à proximité du Mans.
Steve McQueen dépassa le budget initial en engageant sur le plateau les services de coureurs professionnels comme David Piper, Jonathan Wild, Dereck Bell et Jackie Ickx, et en ayant recours à 25 voitures pour simuler la compétition. Parmi elles, trois Porsche 917, quatre Ferrari 512, une Porsche 908, une Matra et une Corvette.
John Sturges abandonna la réalisation du film, agacé par la surveillance des directeurs de CBS, par l'arrêt temporaire du tournage (quinze jours), par la révolte des figurants français et par la désinvolture de Steve McQueen, parti en vacances au Maroc. Sa démission sera suivie de celle du chef monteur Ferris Webster.
Le tournage ne fut décidément pas de tout repos, retardé par de graves accidents. La Ferrari de Dereck Bell prit feu et le conducteur fut brûlé au visage et aux mains ; David Piper fut amputé de la jambe droite après avoir percuté sa Porsche 917 contre un garde-fou et Steve McQueen frôla la mort en évitant de peu un camion à trois cents à l'heure.
C'est durant le tournage du Mans que Steve McQueen s'est mis à la cocaïne et aux acides.