Хотя часто говорят, что фильм снят по мотивам сборника рассказов Азимова «Я, робот», на самом деле он лишь вдохновлён ими. Сюжет и персонажи были разработаны отдельно, но в сценарий включили знаменитые «Три закона робототехники», сформулированные Азимовым:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
2. Робот должен повиноваться приказам человека, если это не противоречит первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, если это не противоречит первым двум законам.
Для фильма был разработан концепт-кар Audi RSQ, который не существует в реальности и был создан специально для главного героя Дела Спунера (Уилл Смит).
Для создания персонажа Сонни использовалась технология захвата движений, аналогичная той, что применялась для Голлума в «Властелине колец». Актёр Алан Тьюдик обеспечивал движения и озвучку Сонни.
У Сонни голубые глаза, в то время как у всех остальных роботов NS-5 — коричневые. У робота Сьюзен Кэлвин — зелёные.
Фильм «Я, робот» — один из немногих голливудских блокбастеров, которым не потребовались досъёмки или перемонтаж. Картина, показанная на тестовых просмотрах, в том же виде вышла в прокат.
В фильме есть пасхалка: кошку доктора Ланнинга зовут Азимов, в честь писателя.
В фильме фигурирует компания U.S. Robotics — аналогичная компания существовала и в реальности, занимаясь разработкой модемов и компьютерных технологий.
Уилл Смит во время съёмок разбил мотоцикл на скорости около 70 км/ч. Кадры с потерей контроля вошли в финальный монтаж фильма.
За роль в фильме Уилл Смит получил почти 30 миллионов долларов, что сделало эту роль одной из самых успешных в его карьере.
Изначально фильм задумывался более мрачным, но после утверждения Уилла Смита на главную роль студия решила сделать его более лёгким и семейным. Режиссёр Алекс Пройас снимал сцены с шутками так, чтобы их можно было вырезать, но после тестовых показов их оставили.