Początkowo w roli Bruce'a Bannera miał wystąpić Edward Norton. Negocjacje pomiędzy aktorem a Marvel Studios nie zakończyły się jednak pomyślnie. Następnie mówiło się o zaangażowaniu Joaquina Phoenixa. Ostatecznie w postać wcielił się Mark Ruffalo.
Cobie Smulders wygrała starania o rolę agentki Marii Hill z Jessicą Lucas, Mary Elizabeth Winstead, Moreną Baccarin oraz Amandą Peet.
Jeremy Renner w ramach przygotowań do roli Hawkeye'a był szkolony przez olimpijskich łuczników.
W scenie ataku na Nowy Jork udział wzięła wynajęta przez twórców filmu 25-osobowa grupa policjantów z 391. batalionu sił policji Ohio.
Na wczesnym etapie projektu Jon Favreau był brany pod uwagę do wyreżyserowania filmu, ale propozycję odrzucił i ograniczył się do funkcji producenta wykonawczego. Rozważano także kandydaturę Joe Carnahana.
Natalie Portman miała zagrać niewielką rolę w filmie, wcielając się w Jane Foster. Gdy aktorka zaszła w ciążę, zrezygnowała z udziału.
Jednym z czynników przygotowujących Chrisa Hemswortha do roli było zachowanie odpowiedniej wagi. Aby sylwetka utrzymała się w takim samym stanie, w jakim została zbudowana na potrzeby filmu "Thor", aktor codziennie spożywał piersi z kurczaka, rybę, stek i jaja.
Podczas ataku na Nowy Jork w początkowej części filmu można dostrzec kabel przypięty do jednego z eksplodujących samochodów.
Podczas sceny w Stuttgarcie można dostrzec zielone samochody policyjne. Jednak w tamtej części Niemiec mają one niebieski lakier.
Sceny w Stuttgarcie zostały nakręcone w Stanach Zjednoczonych. W Stuttgarcie nie ma drapaczy chmur, które dostrzec można w filmie, a poruszające się ulicami samochody marki Mercedes to modele wprowadzone na rynek amerykański.
Gdy Bruce Banner (Mark Ruffalo) spotyka Natashę Romanoff (Scarlett Johansson) po raz pierwszy, w jednym z ujęć odbicie kobiety w lustrze nie porusza ustami, gdy ona mówi.
W scenie, w której Iron Man lata nad ulicami miasta, w kilku ujęciach dostrzec można zarysowania na jego czole. Jednak gdy zaraz potem Thor zdziera jego maskę, po rysach nie ma już śladu.
Kiedy Kapitan Ameryka podnosi worek treningowy z podłogi, widać, że jest on nowy. Jednak w krótkim ujęciu od spodu jest owinięty taśmą. W pozostałych scenach znów wygląda na nowy, tak jak na początku.
Agent Coulson umiera z otwartymi oczami. Kiedy Fury wstaje, Coulson ma oczy zamknięte.
W scenie w Stuttgarcie widzimy znak z napisem "zarezerwowany parking" zapisany jako "Reservierten Parken". W języku niemieckim poprawne tłumaczenie brzmi "Reservierter Parkplatz".
Kiedy Banner po raz pierwszy staje na mostku Helicarriera, zdejmuje kurtkę, po czym wsuwa ją pod pachę. Po zmianie ujęcia kurtka jest zawieszona na jego ramieniu.
Pod koniec jednej z bitew Kapitan Ameryka zostaje powalony przez tzw. "blaster bolta". Kiedy chwilę później Thor pomaga mu wstać, wyraźnie widoczne jest uszkodzenie stroju Kapitana. W późniejszych fragmentach filmu jego ubranie jest całe.
W napisach końcowych firma "NAMCO Bandai" zapisana jest jako "NAMECO Bandai".
Gdy podczas sceny projekcji Loki rozmawia z Innym, w pewnym momencie Inny wypowiada kwestię "The Chitauri grow restless". Jego usta się wówczas nie poruszają.
Gdy samolot, w którym znajduje się Kapitan Ameryka i agent Coulson podchodzi do lądowania na Hellicarrierze, końcówki jego skrzydeł przechodzą w pozycję skierowaną ku dołowi. Kiedy w kolejnym ujęciu bohaterowie wysiadają z maszyny, końcówki jej skrzydeł znajdują się w pozycji poziomej.
W scenie przybycia Lokiego na Ziemię, Nick Fury najpierw stoi obok Bartona, następnie obok kobiety, a po kilku ujęciach ponownie koło niego znajduje się Barton.
Samochód policyjny w Stuttgarcie to BMW serii 3. W Badenii-Wirtembergii policja posiada tylko samochody marki Mercedes Benz i Porsche.
W czasie pościgu samochodowego za Lokim, agentka Hill w pewnym momencie zaciąga hamulec ręczny. Chwilę później rusza, nie zwalniając hamulca.
Gdy podczas walki w Nowym Jorku Kapitan Ameryka, Sokole Oko i Czarna Wdowa spoglądają na Chitauri, w dwóch różnych ujęciach za bohaterami pojawiają się ci sami biegnący statyści.
Kiedy w początkowych scenach filmu Loki otrzymuje berło, wręczający je Inny ma pięć palców i "ludzką" dłoń. Z kolei w późniejszych fragmentach Inny wraz z resztą Chitauri posiada sześć palców i "kosmiczną" skórę na dłoni.
W scenie pierwszej przemiany na jednym z ujęć Banner ma założony zegarek. Gdy w następnym ujęciu jego skóra zmienia kolor na zielony, na nadgarstku brakuje zegarka.
Kiedy Stark rozmawia ze Steve'm Rogersem o domniemanym pobycie Lokiego, pod jego koszulką ciągle świeci się zamontowane na klatce piersiowej urządzenie, podtrzymujące jego życie. Z kolei w późniejszej scenie słownej konfrontacji Tony'ego z Lokim na szczycie Stark Towers, urządzenie pod koszulką się nie świeci.
Gdy w swojej pierwszej scenie Kapitan Ameryka rozmawia z Nickiem Fury, zdejmuje taśmę ze swojej prawej dłoni. Po zmianie ujęcia to lewa dłoń jest odwijania od taśmy, a w kolejnym ujęciu ponownie ściąga taśmę z prawej dłoni.
Po tym jak Iron Man niszczy od wewnątrz olbrzymi statek Chitauri, upada na ziemię i zatrzymuje się na taksówce. Kiedy w kolejnym ujęciu wstaje, pojazdu nie ma w okolicy.
Podczas pościgu w tunelu znajdujący się na tyle samochodu Loki (Tom Hiddleston) raz kuca, a raz stoi - w zależności od ujęcia. Sytuacja powtarza się kilkukrotnie.
Przez cały czas trwania filmu ciągle zmienia się wygląd berła Lokiego (Tom Hiddleston).
W kostiumie Iron Mana występują różnice między jego syntezatorem mowy, a tym co widać na ekranie. Na przykład według informacji głosowej, Tony Stark (Robert Downey Jr.) miał zyskać 400% mocy, a w stroju widzi wartość o 75% wyższą.
Zdjęcia do filmu kręcono w Los Angeles, Manhattan Beach (Kalifornia, USA), Cincinnati, Cleveland, ośrodku NASA Glenn Center w North Olmsted, Parmie, Sandusky, Wilmington, wojskowej bazie sił powietrznych USA w Fairborn (Ohio, USA), w Albuquerque (Nowy Meksyk, USA) oraz w Nowym Jorku i na Long Island (Nowy Jork, USA).
Sceny kręcone w stanie Ohio w USA miały być początkowo kręcone na terenach stanu Michigan, jednak twórcy zdecydowali się przenieść produkcję z uwagi na korzyści podatkowe.
Film zawiera dwie dodatkowe sceny.
Uwaga! Dalsza treść może zawierać spoilery.
W trakcie napisów:
Inny składa raport swojemu dowódcy, którym okazuje się być Thanos.
Po napisach:
Drużyna Avengers je shawarmę w zniszczonej restauracji.
Zdjęcia kręcono od 25 kwietnia do września 2011 roku.
Jest to pierwszy film dystrybuowany przez wytwórnię Disneya po zakupie wydawnictwa Marvel.
Z uwagi na prawa autorskie niektóre postacie nie mogły, mimo zamierzeń twórców, być brane pod uwagę (np. Magneto, Doctor Doom czy Green Goblin). Chociaż wszystkie postacie z uniwersum "X-Men", "Fantastic Four" i "Spider Man" należą do nabytego przez studio Disney wydawnictwa Marvel, licencje na pewne postacie zostały na pewien czas udzielone na wyłączność innym wytwórniom (Sony i Fox).
Niedługo po rozpoczęciu zdjęć do filmu skradziona została kopia scenariusza należąca do Samuela L. Jacksona. Wkrótce potem kilka jej stron pojawiło się w internecie, a cały scenariusz został wystawiony na sprzedaż. Do wycieku całości ostatecznie nie doszło, a scenarzyści zmienili te sceny, które zostały upublicznione w internecie.
W komiksach, na podstawie których powstał film, Nick Fury i organizacja S.H.I.E.L.D. nie byli odpowiedzialni za stworzenie zespołu "Avengers". Istotną różnicą było również sprzeczne z oryginałem ukazanie w filmie Kapitana Ameryki jako jednego z założycieli grupy.
Po nakręceniu materiał filmowy trwał ponad trzy godziny, zanim poddano go cięciom montażowym. Według reżysera Jossa Whedona, duża część scen koncentrowała się wokół postaci Kapitana Ameryki, który próbuje przystosować się do współczesnego świata. Niektóre fragmenty pojawiły się w formie dodatków na Blu-ray.
W dodatkowej scenie, którą można zobaczyć po napisach końcowych, Chris Evans musiał nosić specjalną charakteryzację na twarzy z powodu zarostu zapuszczonego na potrzeby filmu "Snowpiercer: Arka przyszłości". Dlatego też aktor przez cały czas trwania ujęcia siedzi podparty, podtrzymując tym samym protezę imitującą podbródek, a jego bohater jako jedyny z Avengersów nie je żadnego posiłku.
Początkowo Joss Whedon umieścił w scenariuszu dodatkową dwójkę superbohaterów Marvela: Ant-Mana oraz Wasp. W późniejszym okresie wykreślił je z powodu i tak sporej liczby postaci w fabule. Wasp została zastąpiona Czarną Wdową, która wystąpiła już wcześniej w "Iron Manie 2".
Ciało Hulka zostało wygenerowane na podstawie sylwetki kulturysty i striptizera Steve'a Romma. Twarz superbohatera powstała w oparciu o wygląd Marka Ruffalo.
W pewnym momencie filmu dr Banner mówi, że kiedyś chciał popełnić samobójstwo. Jest to jedna z usuniętych scen z "Niesamowitego Hulka", gdzie grany przez Edwarda Nortona Bruce strzela sobie w głowę pośrodku Alaski, aby zapobiec transformacji w Hulka.