Neil Marshall wyraził chęć wyreżyserowania filmu, jednak kierownictwo Marvel Studios odrzuciło jego ofertę, ponieważ chciano zatrudnić na to stanowisko kobietę.
Emma Watson, Alice Englert, Saoirse Ronan oraz Dar Zuzovsky były brane pod uwagę do roli Yeleny Belovej.
André Holland był rozważany do roli Masona.
David Hayter napisał pierwotny scenariusz do filmu w 2004 roku i miał także objąć stanowisko reżysera, ale gdy wytwórnia Lions Gate straciła prawa do postaci Black Widow, koncepcja całkowicie się zmieniła.
Podczas akcji filmu dziejącej się w 1995 roku Yelena, siostra Natashy bierze ze sobą zabawkę jednorożca ze skrzydłami Twilight Sparkle. Zabawki te nie istniały przed lutym 2013 roku.
Zdjęcia do filmu były kręcone w Budapeszcie i Etyek (Węgry), Sæbø i Åndalsnes (Norwegia), Elstead, Tilford, Iver i Upper Heyford (Anglia, Wielka Brytania), Macon, Rome i Atlancie (Georgia, USA), Los Angeles i Santa Clarita (Kalifornia, USA) oraz w Maroku i na Bahamach.
Film zawiera jedną dodatkową scenę.
Uwaga! Dalsza treść może zawierać spoilery.
Po napisach:
Yelena Belova spotyka przy grobie Natashy hrabinę Valentinę Allegrę de Fontaine. Kobieta wręcza jej zdjęcie kolejnego celu, informując ją, że jest on odpowiedzialny za śmierć jej siostry. Fotografia przedstawia Clinta Bartona (Hawkeye’a).
Okres zdjęciowy trwał od 28 maja do 6 października 2019 roku.