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.

Крым накануне полного освобождения от белогвардейцев. Возвращаясь из дозора, четверка отважных «неуловимых» подбивает аэроплан. В полевой сумке взятого в плен летчика они обнаруживают секретное донесение, где говорится о существовании оборонительных укреплений вокруг приморского города, который красным еще предстоит взять. Юные герои получают задание добыть карту укреплений и едут в город…

Занимает по посещаемости 9-е место среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката.
В сцене освобождения Даньки из-под конвоя цыганским табором участвует не только Яшка, как кажется на первый взгляд, но и Ксанка (молодая цыганка на коне)и Буба Касторский («цыганский барон»). Сцена с их переодеванием была снята, но она не вошла в окончательную версию фильма.

Крылатый Пегас, который так понравился Семен Семеновичу Горбункову спустя несколько лет появится в фильме «Служебный роман» - его будет держать Новосельцев.
Последние кадры фильма: Горбункова бьет по голове стрела подъемного крана. На самом деле так вышло случайно, но Юрий Никулин доиграл дубль до конца... После съемок выяснилось, что у актера сотрясение мозга. Основные сцены фильма снимались в Баку (вместо заграничной Турции) и Сочи.
Пистолет, который капитан милиции передает Горбункову - трофейная «Беретта» модели 1934 г.
К съёмочной группе «Бриллиантовой руки» на всё время был приставлен капитан КГБ, но ещё до съёмок сценарий прошёл все круги цензуры. Вот лишь некоторые требования цензоров: сделать более выпуклой роль милиции (она, мол, слишком пассивна), сократить эпизод в ресторане с чествованием Шефа, убрать сцены с пионерами, которые его поздравляют, убрать реплики «как говорит шеф, главное в нашем деле — социалистический реализм» и «партию и правительство оставили на второй год», в монологе управдомши Плющ («И вы знаете, я не удивлюсь, если завтра выяснится, что ваш муж тайно посещает синагогу») последнее слово заменить на «любовницу» (при этом замена была сделана только в звуковой дорожке фильма, но не в кадрах, и поэтому слово «любовница» не попадает в артикуляцию героини).
В фильме было много «нецензурных» по тем временам отрывков. Последней сценой Гайдай поставил взрыв атомной бомбы. На предварительном просмотре это буквально шокировало цензоров; взрыв было приказано убрать, но зато остальные сцены были сохранены, на что и рассчитывал Гайдай.
Песню героини Светланы Светличной исполняет Аида Ведищева. Она же исполняет заглавные песни в фильмах Гайдая «Кавказская пленница» и «Иван Васильевич меняет профессию».
В фильме снялась вся семья Никулиных: жена Татьяна сыграла экскурсовода, а сын Максим — мальчика, который «шёл по воде».
Во время съёмок сцены рыбалки после очередного неудачного дубля замерзший Папанов, высунувшись из воды, рявкнул в сердцах на оператора: «Идиот!». Это было случайно снято, а потом Гайдай вставил эпизод в картину.
Эпизод, где Лёлик, планируя операцию «Дичь», отмеряет расстояния циркулем по карте и напевает «Летят утки», возможно, пародирует фильм «Чапаев», где герой гражданской войны, тоже с циркулем над картой, напевает «Чёрный ворон, что ты вьёшься…»
Режиссёр фильма Леонид Гайдай появляется в фильме трижды; в том числе в роли пьяного мужчины, которого забирает милиция и в сцене со сном Козодоева, где снята именно его рука.
Заработки членов съёмочной группы: Л. Гайдай — 4 949 руб. за съемки и 2 000 руб. за сценарий Ю. Никулин — 5 188 руб. Н. Гребешкова — 792 руб. А. Миронов — 1 920 руб. А. Папанов — 2 288 руб. С. Светличная — 346 руб. Н. Мордюкова — 1 531 руб.
При разговоре с управдомом Горбунков говорит, что побывал в Лондоне и там все считают собаку другом человека. В начале же фильма его жена Надя говорит, что он едет за границу в первый раз. То, что Семен Семеныч в течение круиза побывал в Лондоне исключено, так как путь круиза в таком случае получается немыслимым (Стамбул, затем Лондон). Скорее всего круиз проходил по Средиземному морю.
Занимает по посещаемости 3-е место среди отечественных фильмов за всю историю советского кинопроката.
Никулин-младший исполнил роль «мальчика, шагающего по воде». Эпизод долго не давался ему. Когда Миронов только замахивался ногой для удара, он уже начинал падать в воду. Чувствовалось, что Максим ждёт удара. Так сняли семь дублей. Наконец Гайдай громко объявил: «Все, в следующем дубле Андрей не будет бить Максима, а просто пройдёт мимо». А Миронову Гайдай тихонько шепнул: «Бей, как раньше. И посильнее». Максим спокойно нагнулся с удочкой и внезапно получил сильный пинок… Он упал в воду и почти закричал: «Что же вы, дядя Андрей?!» Эпизод был снят.
Съёмочная группа жила в гостинице «Горизонт», в подвале которой оборудовали реквизиторскую. В реквизиторской хранили «двойника» Никулина — сделанную из папье-маше фигуру Горбункова. Её должны были сбрасывать с высоты пятьсот метров при съёмке эпизода, когда Семён Семёнович вываливался из багажника «Москвича». Подметая подвал, уборщица приподняла простыню и обомлелап: перед ней лежал «Никулин». Через час весть о «смерти» любимого артиста разлетелась по всему городу. Узнав об этом, Никулин позвонил в Москву и предупредил мать, чтобы она не беспокоилась.
На роль Козодоева претендовали Вицин, Носик, Рудин и Пуговкин.
На роль второго бандита-контрабандиста, Лёлика, пробовался Пуговкин.
Супругой главного героя Горбункова хотели стать Нина Гребешкова и Ия Саввина. Предпочтение было отдано Гребешковой, жене Гайдая.
В титрах фильма мелькнула фраза, сочинённая Гайдаем: «Киностудия благодарит граждан, предоставивших для съёмок золото и бриллианты». После просмотра к режиссёру подходили зрители и интересовались: «И многие давали свои бриллианты?»
Мордюкову зрители увидели первый раз с короткими волосами именно в Бриллиантовой руке. Это, конечно, парик. Ведь Мордюкова не делала коротких стрижек.
Актриса Светлана Светличная впервые в истории советского кино показала на экране чувственный стриптиз. Но по приказу начальства кадры со стриптизом при показе на телевидении безжалостно вырезались. Эпизод, когда Горбунков теряет дар речи, встретившись на ступеньках туалета с мрачным типом с медальоном в виде черепа на груди, снимали в подземном туалете, который расположен у входа в ЦПКиО им. Горького, со стороны Ленинского проспекта. В этой роли снялся журналист журнала «Огонёк» Леонид Плешаков.

В ранней молодости летчика Егорова оклеветал его друг Сорокин, оставила любимая девушка. С тех пор прошло много лет. Девушка вышла замуж за Сорокина, они вырастили сына. Однажды все трое оказываются на борту лайнера, которым управляет Егоров. Эта встреча станет поворотной в судьбе каждого из героев…

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).