C'est le chef opérateur Conrad L. Hall qui a eu l'idée de filmer de loin les poursuivants des deux hors-la-loi, et de les "anonymiser" en les enfermant dans une brume et une poussière perpétuelle. Ceci dans l'idée de les rendre plus menaçants, et moins attachants que les héros, présentés sous un jour plus sympathiques.
Les personnages de Butch Cassidy et de Sundance Kid apparaissaient déjà dans The three outlaws (1956) de Sam Newfield, où ils étaient incarnés respectivement par Neville Brand et Alan Hale. En 1979, ils reviendront dix ans plus tard dans Les Joyeux débuts de Butch Cassidy et le Kid (1979) de Richard Lester, sous les traits de Tom Berenger et William Katt. A leurs côtés, Jeff Corey reprendra son rôle du Shérif Bledsoe.
William Goldman, qui avait écrit le scénario deux ans et demi auparavant, le remania entièrement durant trois mois avec George Roy Hill (non crédité au générique), pour l'adapter aux personnalités des deux acteurs principaux. En 1970, son travail sera couronné par la Guilde des Scénaristes d'Amérique, et par l'Oscar du meilleur scénario.
Le film se verra décerner trois autres Oscars : photo (Conrad L. Hall), musique (Burt Bacharach) et chanson (Raindrops keep fallin' on my head, signée Bacharach et Hal David, et dont l'adaptation française, Toute la pluie tombe sur moi, sera interprétée par Sacha Distel). L'année suivante, pas moins de neuf British Academy Awards viendront le récompenser, dont ceux du meilleur film, du meilleur réalisateur, du meilleur acteur pour Redford, et de la meilleur actrice : Katharine Ross. Celle-ci retrouvera le personnage d'Etta Place sept ans plus tard, à l'occasion d'un téléfilm américain, Wanted : the Sundance woman (Lee Philips).
Butch Cassidy et Sundance Kid (de leurs vrais noms, Robert Leroy Parker et Harry Longbaugh), qui ont réellement existé, défrayèrent la chronique américaine du début du siècle en devenant deux des plus célèbres voleurs de train.
Troisième production de Paul Newman après Rachel, Rachel (sa première réalisation en 1968) et Virages (James Goldstone, 1969), Butch Cassidy et le Kid marque en outre sa première rencontre avec Robert Redford et George Roy Hill, quatre ans avant L' Arnaque. Redford retrouvera Hill pour La Kermesse des aigles en 1974, tandis que Newman sera l'interprète du film suivant du réalisateur, La Castagne (1976).