Fellini Roma ne comporte pas de narration classique. La chronologie n'est pas linéraire, passant des années 70 aux années quarante et il n'y a pas de personnage principal en-dehors de la capitale romaine. Enfin ce film balance entre le documentaire et la fiction alternant avec des scènes où Federico Fellini se montre en train de faire son film et des séquences qui sont le fruit de ses fantasmes.
Quelques séquences de ce film sont restées célèbres. Celle du boulevard périphérique, reconstitué en studio, celle d'un défilé auquel assistent des dignitaires ecclésiastiques, ou encore celle où les ouvriers du métro romain découvrent des fresques antiques qui disparaissent à l'air libre.
Depuis son premier long métrage Le Cheik blanc en 1952, Federico Fellini confie la musique de ses films à Nino Rota. Le compositeur travaille ainsi sur quinze films du réalisateur, signant entre autres les mélodies de La Strada, La Dolce Vita, Huit et demi, ou Amarcord. Leur collaboration est interrompue par la mort de Nino Rota en 1979.
A l'origine, le film durait 128 minutes mais il a été raccourci à 119 minutes pour sa sortie. La version italienne ne comporte que de rares commentaires de Federico Fellini tandis que la version anglaise dispose d'un véritable narrateur dont la voix off est beaucoup plus explicative.
Ce film a été tourné en grande partie à Cinecitta du mois de mars à octobre 1971.
La comédienne Anna Magnani, qui n'avait jamais tourné sous la direction de Federico Fellini, apparaît ici dans son propre rôle.
Ce film a reçu le Grand Prix Technique à Cannes en 1972.