Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution ne déroge pas à la règle : comme dans la plupart des longs métrages de Jean-Luc Godard, le film emprunte des extraits et des attitudes à la littérature. L'écrivain et poète argentin Jorge Luis Borges est entre autres abondamment cité sur sa conception du temps. Quant à l'univers totalitaire que dépeint le film, il rappelle le roman 1984 de George Orwell. La philosophie n'est pas en reste puisque l'on entend notamment au moment où Caution est interrogé par Alpha 60 des citations de Henri Bergson, Blaise Pascal et Friedrich Nietzsche. A noter, enfin, le clin d’œil à l'écrivain Louis-Ferdinand Céline lorsque Lemmy Caution répond au chauffeur de taxi qui lui demande sa destination : "Ça m'est égal, de toute façon, je "voyage au bout de la nuit"."
A plus d'un égard, Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution peut être comparé au film La Jetée, réalisé trois années auparavant par le photographe et cinéaste Chris Marker. S'intégrant dans le mouvement de la Nouvelle Vague, ces œuvres prennent toutes deux la forme d'un récit d'anticipation pour aborder des sujets complexes (faillite du monde moderne, appareil politique vieillissant, etc.). Ils mettent en outre chacun en scène une exploration singulière du temps. En 1966, François Truffaut s’essaya lui aussi à la science fiction, avec Fahrenheit 451.
On retrouve deux acteurs fétiches de Jean-Luc Godard dans son Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution : Anna Karina et Jean-Pierre Léaud. Il s'agit de la sixième collaboration de la muse avec le metteur en scène, alors son mari. Quant à Jean-Pierre Léaud, qui ne fait ici qu'une apparition en caméo, c'est le quatrième film dans lequel il travaille pour Jean-Luc Godard. Ils tournèrent de nouveau ensemble à de nombreuses reprises par la suite.
Dans Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution, le personnage du professeur von Braun, dont le vrai nom est Leonard Nosferatu, est un hommage au film muet Nosferatu, réalisé par Friedrich-Wilhelm Murnau. De la même manière, les docteurs Heckel et Jeckell sont inspirés du dessin animé Heckle and Jeckle (narrant les péripéties de deux corbeaux) créé par l'américain Paul Terry (connu pour les célèbres Terrytoons).
Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution a influencé de nombreuses œuvres parmi lesquelles le film de science-fiction expérimental Les Aventures d'Eddie Turley (1987). Son réalisateur, Gerard Courant, a d'ailleurs conçu son long métrage en hommage direct au film de Jean-Luc Godard. Son emprise se fait également sentir dans le domaine de la musique : un groupe populaire de new-wave a ainsi choisi de se nommer Alphaville.
Alphaville, une étrange aventure de Lemmy Caution a été récompensé par l'Ours d'or au Festival international du Film de Berlin en 1965.
Jean-Luc Godard souhaitait à l'origine que le rôle du professeur von Braun soit attribué à l'une de ses idoles : le sémiologue et critique Roland Barthes (notamment connu pour son célèbre recueil Mythologies). Il n'en sera finalement rien puisque c'est la muse et femme du metteur en scène Anna Karina qui héritera du personnage.