诺兰初步完成了一个故事大纲，然后接拍了《盗梦空间》。2010年2月，大卫·S·高耶和乔纳森·诺兰开始创作剧本。之后高耶离开去参加《超人：钢铁之躯》的拍摄，而乔纳森则继续根据自己哥哥和高耶的构想进行编写。汤姆·哈迪和安妮·海瑟薇也加盟本片分别出演班恩和塞琳娜·凯尔。约瑟夫·高登-莱维特获选出演约翰·布莱克，此外加盟的还有玛丽昂·歌迪亚，电影于2011年5月开拍至11月结束。诺兰选择不采用3D技术来进行拍摄，不过使用了IMAX格式来提高画面质量和规模，希望可以在保持电影与前两部风格一致的同时也可以推动技术的进步