Lorsque la production d'Agent Carter a débuté, Christopher Markus et Stephen McFeely ont expliqué qu'ils envisageaient d'abord le projet comme une série limitée, avec une seule saison. Avec le temps, les choses ont changé puisqu'en janvier 2015, Tara Butters et Michelle Fazekas annonçaient qu'une deuxième saison était tout à fait envisageable.
Si la série Agent Carter permet à Hayley Atwell de reprendre le rôle de Peggy Carter qu'elle tient dans Captain America, l'idée de développer un projet autour de l'héroïne imaginée par Stan Lee et Jack Kirby est longtemps restée dans les cartons. D'abord évoquée en 2011, elle a notamment été testée en 2013 avec un court-métrage diffusé directement en vidéo et réalisé par Louis d'Esposito, co-président de Marvel Studios. L'engouement suscité par sa sortie a conforté ABC dans sa volonté de produire une série autour de ce personnage.
Productrices déléguées d'Agent Carter, Tara Butters et Michele Fazekas connaissent bien Joss Whedon, producteur délégué de Marvel Agents of S.H.I.E.L.D. Toutes les deux ont effectivement fait leurs premières armes de scénaristes pour la télévision sur Dollhouse, troisième série créée par le réalisateur d'Avengers.
En charge des costumes de la série, Giovanna Ottobre-Melton a mis à profit l'important travail de recherche qu'elle a auparavant réalisé pour la série Mob City, pour choisir les tenues de Peggy Carter. Elle a surtout mis en place une vraie méthode de travail : "Je lis la première version du script et je me lance dans des recherches de photos d'époque où l'on montre ce dont il est question dans l'épisode", raconte-t-elle.
Scénaristes très productifs dans l'univers Marvel (les films Captain America, Thor : Le Monde des ténèbres), Christopher Markus et Stephen McFeely, créateurs de la série Agent Carter pour ABC, sont aussi devenus les spécialistes d'adaptation d'univers nés sur papier. Ils ont en effet écrit les scripts des films Les Chroniques de Narnia. Tout ça après avoir adapté pour le cinéma le livre Vie et Mort de Peter Sellers, dirigé par Roger Lewis.
Le comédien, qui incarne le personnage de Daniel Sousa dans Agent Carter, n'en est pas à sa première apparition dans une production Marvel. En 2012, il fait en effet une courte apparition dans le film Avengers de Joss Whedon. Il incarne alors un jeune policier. A la télévision, le public a pu l’apercevoir par ailleurs apparu dans Dollhouse, Extant ou encore Witches of East End.
Le poste de directeur de la photographie d'Agent Carter a été confié, à son lancement, au Mexicain Gabriel Beristain. Un spécialiste de la question, aussi à l'aise sur les plateaux de cinéma (Blade II, Le cercle - The Ring 2, The Sentinel) que sur ceux de séries télévisées. Après avoir officié sur l'épisode pilote de Hawaii 5-0, il a notamment travaillé sur Magic City et The Strain.
Tara Butters, productrice déléguée d'Agent Carter, est, dans la vie, la femme de Marc Guggenheim, le producteur délégué de la série Arrow, diffusé sur la CW. Si Arrow est un personnage issu de l'écurie DC Comics, Guggenheim a également écrit pour des comics books de la maison Marvel. Il a ainsi travaillé sur Wolverine et The Punisher.
Avant de produire une saison 1 d'Agent Carter de huit épisodes, Michele Fazekas et Tara Butters ont rempli la même mission en 2014 pour une autre série d'ABC, Resurrection. une expérience qui a beaucoup servi les deux scénaristes. "Nous avions conçu la saison 1 de Resurrection comme huit parties d'un film. C'est un bon chiffre pour envisager une saison et faire en sorte que tout prenne sens", considérait alors Michele Fazekas.
Le tournage de la saison 1 d'Agent Carter a eu lieu en octobre 2014 à Los Angeles. De multiples scènes ont été filmées à Griffith Park, San Pedro et Royce Canon. C'est à cette époque que l'on a aussi appris le nom de code de la série pendant le lancement de sa production. Le show était alors appelé Nylon par les initiés.