Troisième long métrage d'Alain Resnais, L'Année dernière à Marienbad a remporté le Lion d'Or à la Mostra de Venise en 1961. Deux ans plus tard, le film décrochera une nomination à l'Oscar du Meilleur scénario.
L'Année dernière à Marienbad est le premier long métrage dans lequel apparaît Delphine Seyrig. La comédienne à la voix sensuelle, née en 1932, a fait des débuts au théâtre avant d'accéder à la notoriété grâce au film d'Alain Resnais. Le cinéaste en fera l'héroïne de son film suivant, Muriel ou le Temps d'un retour, pour lequel elle décrochera le Prix d'interprétation à Venise en 1963.
Après Marguerite Duras (Hiroshima mon amour) et avant Jorge Semprun (La Guerre est finie), Alain Resnais a fait un appel à un célèbre écrivain pour le scénario de L'Année dernière à Marienbad : Alain Robbe-Grillet. Figure de proue du Nouveau Roman, aux côtés de Nathalie Sarraute ou Michel Butor, l'auteur des Gommes en 1953 et de La Jalousie en 1957, ne tarde pas à passer derrière la caméra. En 1963, il signe son premier long métrage, L'Immortelle, suivi de plusieurs longs métrages mêlant érotisme et cérébralité, comme Glissements progressifs du plaisir ou La Belle Captive.
Parmi les sources d'inspiration de L'Année dernière à Marienbad figure L'Invention de Morel, un roman fantastique de l'écrivain argentin Adolfo Bioy Casares.
Alain Resnais a une nouvelle fois fait appel au monteur Henri Colpi, avec qui il avait déjà travaillé sur Nuit et brouillard et Hiroshima mon amour. Notons qu'en 1961, année de la sortie de L'Année dernière à Marienbad, Henri Colpi reçoit la Palme d'or au Festival de Cannes (ex aequo avec Viridiana de Luis Buñuel) pour son premier long métrage comme réalisateur, Une aussi longue absence, écrit par Marguerite Duras.
Pour le film, Delphine Seyrig a été habillée par la grande Coco Chanel.
Le film a popularisé un jeu de stratégie, au point que celui-ci est souvent appelé désormais "jeu de Marienbad" : il s'agit de répartir en 4 rangées des objets identiques (par exemple des jetons ou des allumettes). Chaque joueur doit à tour de rôle retirer un ou plusieurs objets, et (selon la règle définie au départ) celui qui a pris le dernier objet a gagné ou perdu la partie. L'un des personnages du film connaît une méthode infaillible pour remporter toutes les parties.
Le grand critique Ado Kyrou, spécialiste du surréalisme, écrivait à la sortie du film, dans les colonnes de la revue Positif (n°40, juillet 1961) : "Certes, ce film est écrit et réalisé avant tant de liberté qu'il échappe presque à ses auteurs, tout en reflétant plus puissamment leurs préoccupations et leur monde personnel. Tels sont, par exemple, les poèmes automatiques. Film, presque de rêve, il s'adresse à la partie onirique du monde de chaque spectateur ; il peut donc être interprété de différentes manières selon l'inconscient de chaque élément du public. On peut y entrer par différentes portes (dont certaines sont certes inconnues aussi bien de Robbe-Grillet que de Resnais, on peut aussi refuser d'y entrer et dans ce cas le film n'existe plus. Mais il faut plaindre les spectateurs assez paresseux, ou pourris par les stupides anecdotes des films quotidiens, qui n'y entreront pas, car ce film est un canevas d'une telle richesse qu'il peut enrichir notre monde, aussi différent soit-il du monde de Resnais et de Robbe-Grillet."
Woody Allen fera un clin d'oeil en forme de plaisanterie au film de Resnais dans Meurtre mystérieux a Manhattan, où la perspicace Diane Keaton rappelle à son Woody de mari que c'est elle qui avait dû lui expliquer L'Année dernière à Marienbad, auquel il n'avait rien compris...
Le clip de To the end, chanson du groupe anglais Blur (extraite de l'album Parklife en 1994) fait directement référence à L'Année dernière à Marienbad. Dans cette vidéo, tournée en noir et blanc, le chanteur Damon Albarn et une élégante jeune femme déambulent dans un hôtel. Les dialogues, qu'on peut lire sous forme de sous-titres, indiquent qu'il est question d'une histoire passée, dont la femme n'a aucun souvenir...
On retrouve au générique de L'Année dernière à Marienbad plusieurs collaborateurs habituels d'Alain Resnais : le chef-opérateur Sacha Vierny (8 longs métrages en commun), le décorateur Jacques Saulnier (15 longs métrages), la scripte Sylvette Baudrot (10).
Le film n'a pas été tourné dans la ville de Marienbad, en République tchèque (connue sous le nom de Mariánské Lázně) mais dans la région de Munich en Allemagne, notamment dans les châteaux de Nymphemburg et Amalienburg.
Un des assistants réalisateurs du film est Volker Schlöndorff. Né à Wiesbaden en 1939, le futur auteur de L'Honneur perdu de Katharina Blum et du Tambour fit en effet ses études en France. Elève à l'IDHEC, il fut à la même époque assistant de Jean-Pierre Melville (Leon Morin, Priest, Le Doulos) et Louis Malle (Vie privée, Le Feu follet et Viva Maria !). Il tourne son premier long métrage, Les Désarrois de l'élève Torless, en 1966.
La lancinante partition qui accompagne le film a été composée par Francis Seyrig, frère de Delphine.