ノベルス版の挿絵では草薙水素はショートヘアーだが、監督の強い要望でおかっぱ頭に変更された。これについて監督はスタッフからの反論を覚悟しており、「風になびく髪で心情を表現する」などの演出的な理論武装をしていたとのこと。しかし理由は第一に「おかっぱが好きだから」である。基本的にキャラクターデザインは西尾鉄也がゼロから担当しているが、自身が担当した『NARUTO』の絵柄に酷似しており、一部観客からはそれを指摘され、本人も否定はしていない。
舞台はどこか日本とよく似た国で、作中では『讀賣新聞』などが登場する。実際に読売のスタッフがデータ製作した。また、『讀賣新聞』2008年7月30日付朝刊の折込「スカイ・クロラ新聞」に、実際の紙面として作中に登場している（架空の）新聞記事が掲載された。小説での舞台設定は日本（のような国）であるが、映画ではヨーロッパとして舞台設定し、アイルランドとポーランドでロケハンを行っている。
本作製作以前に培ってきた演出手法を封じ、『イノセンス』とはまったく違うシナリオ・演出法を持って、この映画を若者へ向けたエンターテインメント作品として作ろうと決意したという。当初監督は交信中の英語の会話は、たどたどしい方がリアルだと考えていたが、声優が英語に堪能であるとわかり流暢な英語に変更されている。
主要なキャラクターの声優は1人に対し、60-70人のオーディションを行っている。草薙水素の声も同様にオーディションを行ったが決め手を欠き、最後まで決まらなかったが、別件で監督が菊地凛子と対談し、オーディションの候補に入っていなかったが、その印象からその場で出演を打診した。また、三ツ矢碧の声は脚本段階から栗山千明を想定していた。
脚本作業に入った当初、原作がシリーズ最終巻『スカイ・クロラ』（2001年）とシリーズ1巻『ナ・バ・テア』（2004年）の2冊までしか刊行されていなかったこともあり、映画では『スカイ・クロラ』と『ナ・バ・テア』の一部のエピソードを中心に描かれている。おおまかなストーリーや世界観は原作に準拠しているが、ラストも含めて原作と異なる設定も多い。細かな所では函南の下の名前が「ユーイチ」に変更されたり、笹倉が女性として描かれている。また前後に繰り返しの演出が見られる。
原作者の森には3年以上前からオファーがあり映像化は困難だと考えていたが、飛行機が綺麗な空を飛び回る映像だけでも観たいという思いから映画化が決定した。押井に監督のオファーが来た経緯は原作者の森が好きな映画に（押井作品と知らずに）『アヴァロン』を挙げたことによる。押井は自分に可能な仕事かと疑問を抱いてオファーを一旦断ったが、少し考えて気が変わり監督を引き受けた。GYAO!で配信された予告編映像は庵野秀明、樋口真嗣、行定勲がそれぞれ手がけた。
小型のジェットエンジンやターボチャージャーの開発が難航しているという設定。機体は全てレシプロ機であるが、現実では主流となりえなかった推進式の航空機が多数存在する。アビオニクスは（レシプロ機が第一線で活躍していた）現実世界の第二次世界大戦時よりも進化している。映画版では壁掛け薄型テレビ、携帯ゲーム機、デジタルムービーカメラ、冷凍食品、対空レーダー、プローブアンドドローグ方式空中給油機、アングルドデッキ方式の原子力空母などが登場しており、航空機エンジン以外の文明の水準は現実の2010年代と大差無い描かれ方をしている。また医療・生物関連については、「キルドレ」を作り出すなど現実世界よりも進歩しているようである。
1135年、ヘンリー1世は娘のマティルダを次のイングランド王に定めて死去した。この決定にマティルダの従兄のスティーヴン（ヘンリー1世の姉アデラの子）が異を唱えて同年イングランド王に即位すると、両者の間に「無政府時代」と呼ばれる長い内戦が続いた。アンジュー伯ジョフロワとマティルダの長子として1133年にフランス西部のル・マンに生まれたアンリ（のちのヘンリー2世）は、12歳になるとイングランドに渡って母を助け、1147年にマティルダがアンジューに戻ってからも、1149年以降何度かイングランドに渡ってスティーヴン側と戦った。いずれの戦闘も短期間で、戦況にはさほど影響は与えなかったが、マティルダ派に希望を与えた。1150年、すでに父ジョフロワが征服していたノルマンディー公位を受け継いだ。さらに1151年、父の死によりアンジュー伯領を受け継いだ。1152年には、フランス王ルイ7世（若年王）の王妃であった11歳年上のアリエノール・ダキテーヌ（エリナー・オブ・アキテーヌ）と結婚し、彼女の相続地アキテーヌ公領の共同統治者となった。アリエノールの先夫であるルイ7世は、自身の妹婿でスティーヴンの息子のブローニュ伯ウスタシュと結んでアキテーヌ公領に侵入してきたが、アリエノールの夫となったアンリはこれを防いでいる。1153年にウスタシュが急死すると、アンリはスティーヴンと和平協定を結んでスティーヴン死後のイングランド王国の王位継承者となり、1154年にスティーヴンが亡くなると協定どおりヘンリー2世として即位した。なお、このときから、イングランド君主の称号は "Rex Angliae" （イングランド国王）となっている。これにより、イングランド王国にアンジュー家によるプランタジネット朝が創始され、ヘンリー2世が領有する地域は、ピレネーからアキテーヌ、ポワトゥーにかけてのフランス南西部、アンジュー、ノルマンディーなどフランス北西部、さらにイングランドの新領土を加えた広大なものとなった。なお、ヘンリー2世の創始した王朝は、本来では「アンジュー朝」と称されるべきであり、事実15世紀までは「アンジュー」と呼ばれていたが、現在では一般に「プランタジネット朝」が用いられる。これは、ヘンリー2世の父ジョフロワがエニシダ（プランタ・ゲニスタ）の小枝を帽子に刺して戦地に赴いたことに由来する。