Натали Портман была первой в списке претендентов на главную роль, после того как Анджелина Джоли дважды отказалась от этой роли. Позже Портман отказалась от роли незадолго до того момента, как объявила о своей беременности.
Случайная встреча привела к тому, что астронавтка Кэди Коулман (Cady Coleman) устроила телефонный разговор о жизни в космосе между Сандрой Буллок и Международной космической станцией.
Британская компания Framestore ruen, занимавшаяся разработкой спецэффектов для картины, заявила на своем сайте, что фильм по амбициозности будет сравним с фильмом «Аватар» (2009). В частности, около 60 % событий, происходящих на экране, будут создаваться с помощью компьютерной графики.
На главную женскую роль рассматривались Анджелина Джоли, Марион Котийяр, Скарлетт Йоханссон, Блейк Лайвли, Эбби Корниш, Кэри Маллиган, Сиенна Миллер, Ребекка Холл, Оливия Уайлд, Рэйчел Вайс, Наоми Уоттс и Натали Портман.
Съемки фильма проходили с мая по июль 2011 года в Shepperton Studios, графство Суррей, Англия, и на территории водохранилища Пауэлл, штат Аризона, США.
Исполнительный продюсер Кристофер ДеФариа сообщил, что фильм начинается 17-минутной сценой без единой монтажной склейки.
Хотя сам фильм является точным в научном плане, и в нем соблюден тот факт, что в космосе звуки не слышны, звуковые эффекты все же были добавлены в трейлерах, чтобы они выглядели более захватывающими.
Сандра Буллок перед съемками в фильме потратила шесть месяцев на физическую подготовку. Вместе с Альфонсо Куароном они прорабатывали сценарий в мельчайших подробностях. Они обсуждали каждую сцену с ее участием. Куарон и Буллок сошлись во мнении, что важнейшим аспектом ее игры является дыхание Стоун и то, как оно будет передавать ее эмоции. Джеймс Кэмерон, лучший друг Куарона, отметил, что та работа, которую проделала Буллок, впечатлила его больше, чем технологии, использовавшиеся во время съемок фильма.
Первоначально сценарием фильма заинтересовалась студия Universal Pictures, с которой Альфонсо Куарон сотрудничал при создании фильма «Дитя человеческое» (2006). Студия Universal надеялась, что главную роль сыграет Анджелина Джоли, но в итоге посчитала, что фильм будет слишком дорогим, и отказалась им заниматься. Проект подхватила студия Warner Bros. Pictures, и Куарон взял Буллок и Роберта Дауни-мл. на главные роли в конце 2010 года. Дауни впоследствии покинул проект, и вместо него роль досталась Джорджу Клуни.
Фильм находился на стадии разработки в течение четырех лет, потому что амбиции фильма с точки зрения кинематографии, визуальных эффектов и реалистичного ощущения космоса было слишком сложно реализовать. Куарон был вынужден ждать, пока технологии станут более продвинутыми, чтобы полноценно воплотить свое видение этого фильма. И только после выхода фильма «Аватар» (2009) он понял, что время пришло.
Альфонсо Куарон, оператор Эммануэль Любецки и супервайзер визуальных эффектов Тим Уэббер (Tim Webber) решили, что они не могли снимать фильм с помощью традиционных методов. Таким образом, для сцен выхода в открытый космос было решено снимать только лица актеров, а все остальное создавать при помощи компьютерных технологий. Для этого приходилось освещать лица в полном соответствии с цифровой средой, в которую их помещали. Поскольку персонажи перемещались в космосе, то и освещение лиц должно было идеально соответствовать Земле, Солнцу или звездам на фоне. Вся эта идея могла провалиться, если бы освещение не менялось с нужной скоростью, если было бы неправильно выбрано положение источника света, если контраст или концентрация освещения на лицах были бы неправильно подобраны. Любецки предложил поместить светодиодный экран в коробку, и в нее же поместить актера. Таким образом, вместо того чтобы перемещать Сандру Буллок или Джорджа Клуни при статично установленных осветителях, проецируемое изображение могло двигаться, в то время как они оставались на месте. Эта световая коробка стала ключом к сценам с выходом в открытый космос. Единственным минусом было то, что это был всего лишь трехметровый куб, достаточно большой для одного актера, но маленький для того, чтобы поместить туда еще и съемочную группу.
Джеймс Кэмерон назвал «Гравитацию» лучшей кинолентой о космосе в истории кино.
В фильме «Аполлон 13» (1995) Эд Харрис сыграл Джина Кранца, ведущего руководителя полетом во время миссии «Аполлон-13». В «Гравитации» Харрис озвучил руководителя миссии в Хьюстоне.
Имя героини Сандры Буллок — Ryan Stone — звучит как «rhinestone», что переводится как «фальшивый бриллиант».
Для визуализации сцен с графикой программисты студии написали 71 000 строк кода.
Практически все сцены фильма были подготовлены с помощью компьютера, затем в них были интегрированы лица актеров. Рендеринг производился с помощью программы Arnold.
Герой Джорджа Клуни шутит о том, что стремится побить рекорд по суммарной продолжительности работ в открытом космосе, который принадлежит реальному космонавту Анатолию Яковлевичу Соловьёву.

Вес использующихся сейчас скафандров для космонавтов составляет 120 кг. Скафандр, в котором приземляется Стоун, весит отнюдь не 120 кг. Это скафандр серии «Сокол», он не предназначен для выхода в открытый космос, его задача — спасение экипажа в случае разгерметизации, и его вес составляет порядка 10 кг. Космонавты надевают его еще на Земле и без труда ходят.
Стекла скафандров астронавтов для выхода в открытый космос имеют ультрафиолетовые фильтры, отчего выглядят зеркальными. В фильме все стекла абсолютно прозрачные, что в реальности привело бы к ожогам роговицы и мгновенной слепоте.
Слезы у Стоун ведут себя как питьевая вода, вытекающая из трубочки емкости в условиях невесомости. Плакать в космическом пространстве физически невозможно. Слезы не польются из глаз в буквальном смысле, а останутся внутри в виде жидких шариков, жгущих глаза и мешающих видеть.
Высота орбиты «Хаббла» — 559 км, а расположение вблизи экватора. Высота орбиты МКС — 418,3 км, располагается над Россией. Чтобы добраться от одного объекта до другого понадобится очень много энергии, но даже у космических челноков не будет достаточно топлива, чтобы сделать это. А герои фильма делают это с одним только реактивным ранцем.
Волосы Райан Стоун не парят свободно как это должно быть при невесомости, а аккуратно уложены.
Почти все спутники на околоземной орбите перемещаются с запада на восток. Однако в фильме осколки спутников движутся с востока на запад.
Во время старта с космодрома, посадки и выхода в открытый космос космонавты надевают специальные подгузники. Стоун, снимая свой скафандр, оказывается в обычных шортах.
В фильме есть кадры, когда зажигается северное сияние в области экватора. В реальности северное сияние появляется только около полюсов, так как там самое слабое магнитное поле Земли.
В тех кадрах, когда Стоун и Ковальски подлетели к МКС и запутались в стропах парашюта, персонажа Джорджа почему-то с большой силой отталкивает от персонажа Сандры, хотя он не мог создавать на нее давления без использования реактивной тяги.
Когда Райан Стоун добралась до МКС, там начинался пожар. В фильме языки пламени лишь немного видоизменили, но в большей степени они похожи на земной огонь. В условиях невесомости огонь распространяется сферически от центра горения. То есть огонек свечки выглядел бы как маленький светящийся шарик.