不安定的精神状态和不可信的逻辑推理一直是诺兰电影中反复出现的主题：《记忆碎片》里面是一个失去记忆的受害者，《失眠症》是一个饱受失眠困扰的中年警探，《致命魔术》里面讲的是一个脑海中满是错觉的又一例病患，而《蝙蝠侠：黑暗骑士》的故事中则采取颠覆性的形式，从根本上就不再让那个隐姓埋名的超能好市民出现了。 《盗梦空间》是诺兰执导的第七部电影，也是他在科幻电影领域的首次试水，这部融合了《记忆碎片》的感官错乱和《黑暗骑士》的拍摄规模的影片拥有1.6亿美元的前期预算。 凭借《蝙蝠侠：黑暗骑士》为华纳影业赢得10亿多美元全球票房的英国导演克里斯托弗·诺兰，将再度与华纳兄弟电影公司合作，拍摄科幻大片《盗梦空间》（华纳兄弟公司为了能够与诺兰继续合作，抢先于其它公司获得了本片的制作发行权）。此次再度召集莱昂纳多·迪卡普里奥为首的群星阵容出演影片。 在《蝙蝠侠：黑暗骑士》里贡献戏份的迈克尔·凯恩（扮演老管家）和希里安·墨菲（扮演“稻草人”）加盟此片，女主角则包括了《玫瑰人生》的奥斯卡影后玛丽昂·歌迪亚、《朱诺》的女主角艾伦·佩吉。值得一提的是，该片还创造性地邀请了号称“小希斯·莱杰”约瑟夫·高登-里维特参演本片。 尽管在影片中有很多幻觉般的情节场景，作为诺兰的招牌风格，他还是习惯让整支创作团队尽量做到实景打造，而避免过多运用CGI技术。“我始终觉得最重要的，是在摄像镜头前做足该做的功课，下真功夫。然后，在必要的情况下，电脑成像会更容易提高实景排摄效果，起到锦上添花的作用。 诺兰坚持使用摄影机完成拍摄，电脑在他那里基本可以算是一文不值，这种操作方式在好莱坞简直就是让人无法相信的。实现这些都是多亏瓦雷·菲斯特和克里斯·科伯德的帮忙，他们一位是诺兰的御用摄影师，一位是邦德电影的特效总监，两个人一起帮助诺兰实现了老式电影技法的回归。影片的拍摄足迹遍布全球，单单主要场景的拍摄就涉及四大洲6个国家。在拍摄过程中，摄制组的演职人员可谓历尽艰险，经历了摩洛哥丹吉尔的酷热炙烤，又体验了加拿大卡尔加里的大雪纷飞。拍摄地还包括了东京，巴黎和洛杉矶，视觉效果团队为了做好一组车辆动作镜头，运用了人工降雨等手段完成了货运火车横扫市中心的情节。