Darryl F. Zanuck producteur de la 20th Century Fox voulut racheter les droits du livre pour renouveler le succès du jour le plus long mais Paul Graetz de la Paramount l'emporta, voulant produire un équivalent européen du jour le plus long.

Cent quatre-vingt lieux de tournage ont été nécessaires, principalement les rues de Paris (excepté les batailles dans la rue de Rivoli tournées en studio) pendant l'été 1965, entre 5 et 7 heures du matin pour ne pas gêner la circulation, les rues étant maquillées à la suie.



La réalisation académique de René Clément fut vivement critiquée par la « Nouvelle Vague ».

Le titre du film provient de la légende selon laquelle Hitler aurait téléphoné à von Choltitz, réfugié dans sa chambre d'hôtel du Faubourg Saint-Honoré, et lui aurait hurlé fou de rage : « Paris brûle-t-il ? »
On aperçoit les figurants Michel Berger en « Chef des explosifs », Michel Fugain et Michel Sardou en « Étudiants résistants », tous trois non crédités...

Claude Rich joue deux rôles dans ce film : le général Leclerc (avec moustache) et le lieutenant Pierre de la Fouchardière (sans moustache). Mais il n'est crédité au générique final que du rôle du général Leclerc.

Le fait qu'il incarne le jeune lieutenant n'est pas un hasard. En effet, pendant les évènements de la libération de Paris, Claude Rich, jeune adolescent, admirait les exploits des militaires dans la rue. Pierre de la Fouchardière, l'ayant aperçu, lui somma de rentrer, pour le protéger des dangers que les soldats couraient. Pierre de la Fouchardière libèrera ensuite le Sénat de l'occupation allemande.

Une anecdote raconte que Kirk Douglas n'accepta le rôle, qu'à la seule présence au générique de Jean-Paul Belmondo, qu'il admirait.

Le thème musical composé par Maurice Jarre va se transformer en une chanson à succès et emblématique de Paris, « Paris en colère », grâce aux paroles de Maurice Vidalin et à l'interprétation de Mireille Mathieu
Le film fut tourné en noir et blanc car les autorités refusèrent que de vrais drapeaux nazis flottent sur les bâtiments officiels de Paris. Ils acceptèrent seulement des drapeaux noir et blanc, avec la croix gammée.
Yves Montand porta un calot à la place du Béret Noir, ce qui valut de nombreuses critiques d'anciens Bérets Noirs de l'Armée française.

Le livre de Larry Collins et Dominique Lapierre est né à la suite de leur lecture d'un entrefilet dans le Figaro révélant, d'après des archives militaires allemandes déclassifiées, que Paris aurait dû être détruit en août 1944.