Postać Alexandre'a Fabbri miał zagrać włoski reżyser Nanni Moretti, jednak rozchorował się i zastąpił go Philippe Volter.
Krzysztof Kieślowski w roli Weroniki chciał obsadzić Andie MacDowell. Kontrakt był już gotowy, tylko nie podpisany. Ostatecznie MacDowell dostała inną propozycję i zrezygnowała.
Krzysztof Kieślowski zaproponował rolę tytułową Juliette Binoche, która była wtedy zajęta pracą przy filmie "Kochankowie na moście" i musiała odmówić. Ostatecznie główna kreacja w filmie przypadła Irène Jacob.
Do roli Weroniki rozważano także Julie Delpy ale po przesłuchaniu angaż otrzymała Irène Jacob.
Kiedy Weronika, stojąc przy oknie na tyłach tramwaju, pokazuje zapisy nutowe Antkowi, który jedzie za nią na motocyklu, położenie kartek papieru zmienia się między ujęciami pokazanymi z różnej perspektywy.
Film kręcony był w Paryżu i Clermont-Ferrand (Francja), a także w Szczawnicy Zdrój, Grybowie, Łodzi, Krakowie oraz Nowym Sączu (Polska).
Od początku pracy nad scenariuszem filmu zastanawiano się nad tytułem filmu. Początkowo miała być "Chórzystka", ale źle kojarzyła się we Francji. Pojawiały się pomysły, takie jak "Nieskończona dziewczyna", "Dublerka", "Samotni razem". Przyjęto tytuł "Podwójne życie Weroniki", choć zarówno Kieślowski, jak i producenci nigdy się do niego ostatecznie nie przekonali.
Przedstawienie kukiełkowe trwające w filmie około 3 minut, stworzone zostało przez Bruce'a Schwartza. Lalkarz został przypadkiem odkryty przez scenarzystów, którym spodobał się jego teatr kukiełkowy w telewizji. Postanowili zaproponować mu współpracę przy filmie. Gdy go odnaleźli, okazało się, że już się tym nie zajmuje, bo nie mógł się z tego zawodu utrzymać. Zgodził się jednak na jeden występ w filmie. Ręce widoczne w scenie z baletnicą to dłonie Bruce'a Schwartza.
Kieślowski przygotował prawie dwadzieścia wersji filmu. Myślał nawet o tym, by wypuścić film w siedemnastu wersjach i jednego dnia zagrać go w siedemnastu kinach. Ze względu na koszty musiał jednak zrezygnować z tego planu.
Na prośbę szefa Miramaxu Harveya Weinsteina, Kieślowski nakręcił alternatywne zakończenie filmu, przeznaczone na rynek amerykański.
Cytowany w filmie kompozytor Van den Budenmayer tak naprawdę nie istnieje, a jego utwory skomponował Zbigniew Preisner.