Un jour à New York est la première comédie musicale de l'histoire hollywoodienne à avoir été tournée en extérieur. L'actrice Ann Miller a d'ailleurs révélé, lors d'une interview, que c'est elle qui a suggéré l'idée au producteur Louis B. Mayer (et bien insisté auprès de lui), en avançant le fait qu'elle n'avait encore jamais vu New York. Les cinq jours passés, sur les lieux, par l'équipe, se sont toutefois révélés compliqués compte tenu des caprices de la météo et de la popularité de Frank Sinatra.
Sur le dernier plan du film, il est possible d'apercevoir, en haut de l'image, les têtes de centaines de badauds venues admirer les stars du film depuis le mur de la statue de Promethée, située devant le 30 Rockefeller Plaza.
Un jour à New York est le troisième et dernier film dont Frank Sinatra et Gene Kelly partagent l'affiche.
Pour la première fois dans un film, quatre danseurs de ballet ont du doubler quatre des acteurs principaux, à savoir Frank Sinatra, Jules Munshin, Betty Garrett et Ann Miller, cette dernière ayant néanmoins une formation de claquettes, à défaut de ballet.
C'est dans Un jour à New York que Frank Sinatra a chanté, pour la première fois, le célèbre New York, New York qui accompagnera chacun de ses concerts par la suite.
Lorsque Gene Kelly dénigre la beauté d'un jeune new yorkaise, Jules Munshin lui répond : "Qui as-tu qui t'attends à New York ? Ava Gardner ?" L'actrice qui n'était autre que la compagne de Frank Sinatra à l'époque.
Robert Williams, qui interprète un sergent de police, retrouvera Gene Kelly quelques années plus tard, puisque c'est lui qui chasse ce dernier à la fin du célèbre numéro donnant son titre à Chantons sous la pluie.