影片改编自刘慈欣（大刘）创作的三部曲小说（《三体》、《黑暗森林》剧照、《死神永生》）中的第一部，大刘曾明确表示不会直接参与介入电影的改编与创作，将担任影片监制。

制片方游族影业于2015年1月21日正式开放了为三体粉丝和科幻迷搭建的网络平台“三体社区”，邀请作者刘慈欣、游族影业CEO孔二狗、电影导演张番番、科幻文学博士生导师吴岩、《科幻世界》主编姚海军等入驻和参与互动；同时作为官方社区发布关于电影拍摄、制作和宣传过程中的第一手资料。

2015年2月9日，导演张番番发布在东北取景的图片，片场照中人员均身着厚厚的棉衣，可以推测当时所处地点是在东北。

2015年3月18日，电影在冰雪覆盖的小兴安岭正式宣布开拍，首度曝光的女主角叶文洁由出演过《唐山大地震》、《孔雀》、《碟中谍5》的女星张静初担纲。 在多数书迷们猜想的版本里，也正是呼吁张静初饰演叶文洁。

2015年5月17日，电影在三体社区网站发布消息称360董事长周鸿祎将客串饰演中国军方智囊团专家。 周鸿祎是科幻小说《三体》的资深粉丝，曾在微博上表示期待国产科幻片《三体》能够超越《黑客帝国》。

2015年7月，电影各主演渐次杀青，影片转入后期制作阶段。该片后期制作和特效占全片90%，电影的创作班底每天工作超过15个小时 。

世界观庞大：小说《三体》三部曲创造了一个极为庞大的世界，第一部讲了三颗恒星不停做不规则的三体运动，一颗行星因为引力变换不断被某颗恒星捕获，于是行星上的“三体人”文明一次次惨遭毁灭。

情节复杂：大刘曾明确表示不直接参与《三体》电影的制作，他说他也不知道这个电影该怎么拍，能参与的也就是剧本策划，但他也不知道这个剧本该怎么策划。

场面恢弘：在第一部里，三体人把一个质子从11维中的9维不断展开，最后变成了展开后是一个平面的2维质子，这个平面包裹住了整个星球，然后科学家们就在星球表面刻下电路，最后2维的这个电路板又回到了11维。

后期合成：电影的光特效镜头预计达1700个，基本超出大部分电影成片所有镜头总和，可能是中国有史以来特效量最大的电影 。