2016年7月，影片辗转法国、捷克等地进行拍摄。在拍摄时，剧组特意邀请了摄影师肖恩-哈尔布特来担任电影的摄影指导，他们花了6个星期的时间沟通画面、镜头和机器，主创团队用不同的镜头做了许多小样，力求达到完美。

2017年7月14日，刘德华进录音室为电影《侠盗联盟》进行粤语配音。

沙溢在影片中贡献了笑点十足的英语口音以及解锁土豪的身份，沙溢表示自己完全没有心情领略布拉格的美景，因为要学的东西太多了，“我这次去布拉格特别辛苦，导演给我找了舞蹈老师还有英语老师，我又要学跳舞又要学英语，结果害得我做梦都在背单词，我感觉自己更像是一个被派遣到布拉格的留学生。

片尾出现了纪念陈佩华女士，是香港资深电影监制和编剧以及制片人，该片主演刘德华多部影片都由陈佩华担任制片人，两人拥有深厚的感情基础。在影片上映前夕，陈佩华因病去世，为了纪念她，片尾特意加上了字幕。

《侠盗联盟》部分摄影是由参与过《终结者4》、《极品飞车》制作的著名摄影指导肖恩·哈尔布（Shane Hurlbut）掌镜的，追车戏的部分则是由吕克·贝松御用飞车特技团队协助拍摄的。该团队此前曾参与制作《玩命快递》、《飓风营救》等经典动作电影。同时，导演冯德伦还在特辑中介绍了拍摄追车镜头必不可少的一位重量级嘉宾——Russian Arm（俄罗斯大摇臂），Russian Arm可以捕捉到汽车追逐戏份中高速运动的画面，包括《速度与激情》、《钢铁侠》在内的许多动作电影中的汽车追逐镜头均由Russian Arm完成。拍摄过程中，剧组人员乘坐接收拍摄画面的影像车紧随安装了Russian Arm的摇臂车之后，实时观测拍摄画面。

本片故事灵感来自于发生在戛纳电影节的盗窃事件，在2013年5月17日，一家专门租借给电影节明星出场佩戴的珠宝首饰的珠宝公司被盗，被盗物品价值超过100万美元。
肖恩·哈尔布特及团队为实现《侠盗联盟》的画面质感，启用了ARRI和RED公司最新的6K摄影机，奉献出精细绝美的极致影像。在影片的戛纳追车戏拍摄现场，摄影组用七台RED DRAGON装备一辆拍摄用车，使其实现全角度摄影。

为了更好地塑造角色，舒淇会为了一个镜头与导演反复交流，直至达到最佳效果。冯德伦透露曾为《侠盗联盟》焦虑到“一夜白头”，还爆料刘德华其实原非男主，而是在原男主突然无法进组情况下，临危救场来的。