Le tournage s'effectue au début du printemps 2010 avec seulement une équipe de dix personnes sur le plateau et le filmage est mené avec un simple appareil Canon EOS-1Ds Mark III muni de divers super-objectifs. Mathieu Amalric choisit d'utiliser pour cadre du déroulement de la pièce les différents lieux, parfois insolites, que lui offre l'hôtel : chambres, couloirs et escaliers, bar, cuisines, divers sous-sols et parking, salle de vidéo-surveillance, toits de l'hôtel, dans lesquels les personnages sont le plus souvent en mouvement. Le réalisateur utilise les couleurs chaudes de la décoration de l'hôtel (jaunes, bruns, rouges) associées aux couleurs primaires des costumes (bleus, rouges, verts), renforcés de plus fréquemment par une saturation des tons. Très peu de scènes sont tournées en extérieur ; elles ont pour cadre la place de la Concorde et les quais de la Seine, ainsi qu'un pavillon de banlieue sur lequel s'ouvre le film. Grâce à la proximité de la Comédie-Française et de l'hôtel du Louvre, les comédiens peuvent passer plus de temps par jour pour jouer les scènes permettant ainsi de tenir le calendrier strict imparti pour l'ensemble du tournage. Le montage et le mixage sont réalisés en mai durant la période où Mathieu Amalric, qui présente son film "Tournée" et reçoit le prix de la mise en scène au Festival de Cannes, doit faire des allers-retours entre Paris et la Croisette.