История фильма начинается с конца 1960-х годов. В то время особую популярность набирал жанр вестернов и снятых по их подобию советских фильмов (например, "Неуловимые мстители").
В 1967 году к работе над сценарием нового фильма в этом жанре приступили Андрей Михалков-Кончаловский и Фридрих Горенштейн. Первый вариант сценария назывался "Басмачи" и он студию не устроил. Тогда руководство киностудии в соавторы к Кончаловскому направило Валентина Ежова и Рустама Ибрагимбекова.
Летом 1967 года сценарий фильма был готов. Начали искать режиссера (Кончаловский к этому времени уже покинул проект). Предлагали и Андрею Тарковскому, и Юрию Чулюкину, но они вежливо отказывали. В итоге сделали предложение Владимиру Мотылю. Он хоть и не горел желанием снимать такой фильм, но из-за материальных сложностей согласился взяться за работу.
Сценария опять подвергли переработке: увеличили роли советских солдат, уменьшили восточный колорит. В такой варианте сценарий и пустили в работу, это было в начале 1968 года.
С подбором актеров тоже шло не все гладко: на роль Сухова сначала утвердили Георгия Юматова, но уже через неделю после начала съемок его обнаружили в алкогольном запое с сильно "помятым" лицом. Из-за угрозы срыва съемок его заменили на Анатолия Кузнецова.
На роль таможенника Верещагина Павла Луспекаева утвердили практически сразу. К тому времени он мог ходить только с костылями и режиссер предложил переписать сценарий, однако актер отказался. Стоит отметить, что игра Павла так понравилась режиссеру, что Владимир изменил сценарий для увеличения роли таможенника в фильме.
Роль Петрухи досталась непрофессиональному актеру Николаю Годовикову, который на тот момент работал слесарем на заводе.
В январе 1969 года работы над фильмом были закончены, но после просмотра картины руководством киностудии режиссеру были высказаны претензии с необходимостью пересъемки большой части отснятых сцен. Фильм вообще хотели закрыть из-за больших понесенных затрат, однако после долгих совещаний выделили деньги на досъемки и съемочная группа весной 1969 года отправилась на повторные съемки в Туркмению.
Осенью фильм снова показали руководству киностудии и оно его не приняло. Фильм убрали "на полку".
Спас фильм Леонид Брежнев. Он очень любил боевики и вестерны, поэтому знал, что фильм находится в производстве и однажды спросил, почему это он его еще не видел. Посмотрев фильм, Леонид Ильич вынес положительный вердикт, фильм пустили в прокат, правда с ограничениями (фильму присвоили 2-ю категорию).
Критики очень холодно приняли фильм, а вот зрителям он понравился. По результатам проката 1970-го года он занял второе место (50 миллионов зрителей). Очень много фраз из фильма стали "крылатыми" выражениями.
Стоит отметить, что "Белое солнце пустыни" является обязательным к просмотру всеми космонавтами перед отправкой их на орбиту. Даже на МКС храниться видеокассета с записью фильма. Как объяснил Командир корабля Союз ТМА-17 Олег Котов, по этому фильму космонавтов учат правильной съемке, используют как учебное пособие по операторской работе. Все космонавты знают фильм практически наизусть.