Интерес к сериалу «17 мгновений весны» во время его первого показа был столь велик, что домой к режиссеру Татьяне Лиозновой постоянно звонили взволнованные зрители - узнать, что же будет дальше с героями и чем все закончится.
Роли солдат-эсэсовцев в картине исполнили кадеты из военных училищ Таллина и Риги - все, как один, голубоглазые блондины.
Две песни Эдит Пиаф, которые Штирлиц слушает в машине по пути к границе, на самом деле будут написаны лишь в 60-е годы.
Фильм снимался в основном в Риге, некоторые эпизоды - в Москве.
Фильм отреставрирован и раскрашен к 9 мая 2009 года.
По заказу телеканала «Россия», под руководством Александра Любимова, над новой версией в течение трех лет работали 600 человек в пяти странах: России, США, Кореи, Китая и Индии. Они использовали уникальные методики по работе над цветом. А некоторые кадры раскрашивались даже вручную. Параллельно шла и усиленная работа по полной переработке звука. Создатель черно-белого оригинала Татьяна Лиознова одобрила идею и приняла участие в российской части проекта.
В эпизоде, когда Штирлиц на машине везет пастора Шлага к немецко-швейцарской границе, по радио звучит голос Эдит Пиаф. Священник возмущается знаменитой песней «Я не жалею ни о чем» - и правильно возмущается, ведь она будет написана только через 15 лет после его перехода через Альпы.
Леонид Куравлёв и Леонид Броневой первоначально пробовались на роль Гитлера.
У режиссёрской группы не было фотографий реального Генриха Мюллера. В результате образ шефа Гестапо, созданный в фильме Леонидом Броневым, весьма далёк от оригинала.
Олег Табаков оказался так похож на реального Вальтера Шелленберга, что, по воспоминаниям Ю. Визбора, после выхода фильма на экраны Табакову пришло письмо из Германии от племянницы Шелленберга, в котором актёра благодарили и говорили, что неоднократно пересматривали фильм, чтобы ещё раз взглянуть на «дядю Вальтера».
У Вячеслава Тихонова на кисти левой руки есть татуировка «Слава», сделанная ещё в молодости. Естественно, что у Штирлица такой быть не может. Поэтому, всякий раз когда требовалось показать крупным планом руки Штирлица (например, выкладывание на столе забавных зверюшек из спичек), это были руки дублера — ассистента художника Феликса Ростоцкого. Также Ростоцкий «писал за Плейшнера» все телеграммы, так как у Евстигнеева был крайне неразборчивый почерк.
В дублированном на немецкий язык варианте фильма Штирлица озвучивал актёр из ГДР Отто Мелиес — исполнитель роли Гельмута. Самого Гельмута дублировал другой немецкий актёр.
Женщины в СС не служили, за исключением так называемых Женских вспомогательных подразделений СС, которые имели собственную систему званий. Так что унтершарфюрер Барбара Крайн не могла иметь даже прототипа.
В сцене отправки телеграмм видно, что они пишутся на бланках «Международная телеграмма СССР» с замазанным чернилами гербом. Также на бланках телеграмм в левом верхнем углу явственно видны слова «Уплата: ____ руб. ____ коп.».
В эпизоде, когда Штирлиц рисует шаржи на Геринга, Гиммлера, Геббельса и Бормана, заметно, что на листках бумаги заранее намечены контуры рисунков.
Штирлиц рисует шаржи фломастерами. Первый фломастер действительно появился в Германии, но лишь в 1960 году.
В одном из эпизодов Мюллер в беседе со Штирлицом, говорит что он старше и по возрасту и по званию. В действительности Тихонов старше Броневого на 10 месяцев. Оба актера родились в 1928 году.
Съемки начались 11 апреля 1971 года в Берлине.

В 1990 году группа «Любэ» спела песню про главных героев фильма — «Атас».
Высоцкий на съёмках проявил задатки режиссёра. Он поставил сцену допроса Груздева, помог создать образ шепелявого карманника Кирпича Станиславу Садальскому, придумал эпизод с фотографией Вари, которая должна была спасти Шарапова, на двери подвальной каморки.
Когда снимался эпизод с Светланой Светличной, она не знала, куда девать свои руки, и поэтому вся сцена выглядела неестественно. Высоцкий придумал выход: занять руки Светличной механическим протиранием тарелки.
Вопреки договору между Гостелерадио СССР и Одесской киностудией, фильм получился не из семи серий, а из пяти. Две «лишние» серии сократили перемонтажом по требованию Гостелерадио.
Была изменена концовка картины. В романе и в первоначальной версии фильма Шарапов в конце узнаёт, что его любимая Варя погибла.
В романе Глеб Жеглов — молодой человек 25 лет, член комсомольского актива МУРа. По фильму персонажу Высоцкого 40 лет (как он сам заявляет «Копчёному»), Шарапову же 25 лет (именно такую цифру он называет Михаилу Михайловичу), как и в книге.
Шарапов ездил на съёмную квартиру Груздева на электропоезде ЭР1, который начал выпускаться на Рижском вагоностроительном заводе лишь в 1957 году.
В сцене погони за Фоксом, в окне автобуса видны проезжающие ГАЗ-21 (выпускавшиеся с 1956 года) и пара ЕрАЗов (выпуск с 1967 года).
Когда Шарапов гуляет с Варей по Москве, на заднем плане проезжает УАЗ-469, который начали выпускать только в 1972 году.
В сцене показа моды 1945 года, на заднем плане видна торговая палатка с надписью «Мороженое». Эти палатки появились только в 1970 году.
14 апреля 2009 года в Киеве возле здания МВД Украины открыли памятник Жеглову и Шарапову.
Памятник В. Высоцкому в образе Глеба Жеглова установлен в Мариуполе в центре города, рядом с рестораном «Место встречи».
В ресторане, где Фокс танцует с официанткой, за одним столиком с Жегловым сидит дочь писателя Аркадия Вайнера Наталья Дарьялова и сын друга Высоцкого Вадима Туманова, Тараскин танцует с Ларисой Гузеевой, а на заднем плане среди музыкантов на саксофоне играет Сергей Мазаев. Он же играет в составе оркестра в последней серии, в кинотеатре перед показом фильма (песня «Неудачное свидание»).
Члены преступной группировки (по именованию сотрудников МУРа «Банда высокого Блондина»), ставшей прототипом банды «Черная кошка», жили в подмосковном Красногорске. Они работали на Красногорском механическом заводе, а в свободное время промышляли грабежами сберкасс. В ликвидации этой банды принимал участие легендарный сыщик Игорь Скорин, послуживший прототипом полковника Данилова — главного героя серии произведений Э. Хруцкого, два из которых были экранизированы: «По данным уголовного розыска» и «Приступить к ликвидации». Крылатая фраза «А теперь — Горбатый!» была произнесена возле частного дома в деревне Губайлово (ныне это микрорайон Красногорска).
Лариса Удовиченко утверждает, что ставшая крылатой фраза «Облигация или Аблигация?» вырвалась у неё нечаянно, так как она в тот момент действительно не знала правильного написания этого слова. Этот эпизод включён в финальную версию фильма.
В фильме использованы материалы реально существовавшего уголовного дела. В первой серии Жеглов рассказывает Шарапову об одном случае из своей практики: убийство и инсценировка бандитского нападения. Такое преступление действительно было в Москве — дело бывшего зампреда военного трибунала войск НКВД Крылова, которое расследовал один из прототипов Шарапова Владимир Павлович Арапов. Имеет свою реальную основу и дело Груздева (кандидат медицинских наук Евгений Ильич Миркин в 1944 году был обвинён в убийстве своей жены и приговорен к смертной казни, однако работники МУРа сумели доказать его невиновность).